JP3859455B2 - Semiconductor laser pumped solid-state laser device and state diagnosis method of the device - Google Patents

Semiconductor laser pumped solid-state laser device and state diagnosis method of the device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置及び該装置の状態診断方法に関し、特に、半導体レーザの劣化診断を簡便かつ容易に行うことができる信頼性の高い半導体レーザ励起固体レーザ装置及び該装置の状態診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
Nd:YAGをはじめとする固体レーザ媒質の光による励起方式として、ランプに比べレーザ媒質への吸収効率が高く、小型・高効率・長寿命の半導体レーザダイオード(以下LDと記す)を励起光源とする、いわゆるLD励起固体レーザが近年注目されている。特に近年、1つの共振器内に数百個のLDを用いてキロワットにいたるレーザ出力を放出するLD励起固体レーザ装置も開発されている。
【0003】
LDはランプに比べ10倍以上寿命が長く、連続して10、000時間程度使用できるといわれている。しかしながらこの時間は平均的なもので、個々のLDでは数千時間程度で出力が低下するものも混在しており、初期的なLDの選別でそれらを完全に認識、取り除くことは困難である。また、LDは固体レーザ装置に実装された状態においても、静電気や電源からの電気的なサージ、戻り光、埃やガス、結露などの外乱や外部環境によっても寿命が著しく短くなるために、レーザ装置の信頼性向上、早期の故障対応には何らかの手段によってLDからの励起光の光量を検出し、その劣化の度合いを把握する必要がある。
【0004】
そこで、10W以下の低出力動作用LDでは、通常LDチップの出射面(前面)の反対側の高反射面(裏面)からわずかに漏れる励起光を、LDパッケージ内に配設した光検出器でエネルギーを検出して励起光量の制御或いはLDの劣化検出に利用している。
【0005】
また、従来より固体レーザ共振器を構成する出力ミラーから共振器の外部へ出射されるレーザ発振光を一部分岐したり、出力ミラー以外のミラーから漏れ出る発振光のエネルギーを光検出器で測定することで、レーザ出力の制御やLDの劣化検出に用いる方法も用いられている。
【0006】
また、蛍光強度あるいは蛍光分布をレーザ発振光軸に沿った方向あるいはその延長線上で検出する方法も提案されている。図15、図16は、特開2000−269576号公報に記載されている実施例であり、固体レーザロッドからレーザ発振光軸に沿って出射された蛍光をモニター用ミラーで分岐し、CCDカメラによりその励起分布を結像・観測し、その画像から励起分布を均一にするためにそれぞれのLDの駆動電流を独立に調節する方法が提案されている。この従来技術について以下に説明する。
【0007】
この従来例では、図16に示すように、各LD102〜107の駆動電流の値を設定する際、まず固体レーザ共振器のミラーをはずした状態で励起を行い、その励起分布が均一になるようにCCDカメラ130で励起分布を観察しながら可変抵抗122〜127で調整したのち、再び共振器ミラーを取り付ける方法が記載されている。また、図15に示すように、共振器ミラー120、121を取り付けた状態で、蛍光分布測定時のみ共振器内に折り返しミラー128を挿入し、この折り返しミラー128を通してレーザロッド101からの蛍光をCCDカメラ130で観察するという方法も提案されている。
【0008】
さらに、この従来例では、LDの駆動電源117を小型化し、配線を簡略化し、さらに各LD102〜107の駆動電流を独立に調整する方法として、全てのLDを直列に接続して1つの電源117で駆動し、各LD102〜107に可変抵抗122〜127を並列に接続して各LDに流れる電流値を制御する方法が記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在普及している20W以上の高出力動作用のLDチップは発光面が1cm程度の長さを有しているため、後方に設ける光検出器で1cm幅すべての光を検出するためには幅の広い検出器が必要になることや、該チップの裏面からでも漏れる光量が大きいために、光検出器の前に減光のフィルターを設けないと光検出器の出力が飽和してしまうことなどから光検出の構成が複雑になり、コストも高くなるために、通常、高出力動作用LDではパッケージ自体に光量検出を行う機構を設けていないことが多い。さらにスタックと呼ばれる、LDを狭い間隔で半導体層に対して垂直方向に積層させる構成の場合、裏面に光検出器を設ける十分な場所がないという理由もあり、光検出機能は通常設けられていない。このため高出力LDを用いた高出力の固体レーザ装置の場合、LDの劣化を直接検出することはできなかった。
【0010】
また、発光面1cm程度の長さのLD素子が安定して動作できる光出力は20Wから最大で80W程度である。したがってこれ以上高い励起を必要とする高出力レーザ装置の場合にはこのLDをさらに複数個用いる必要がある。例えば、固体レーザ装置からキロワット級のレーザ出力を得るためには1つの固体レーザ媒質に対して数十から百個程度、またはそれ以上のLDを励起源として使う場合があり、非常に多くのLDを同時に用いる場合、個々のLD素子にそれぞれ独立した駆動電源を設けていたのでは電源の数が非常に多くなり、広い設置体積が必要な上に、配線も煩雑になり運転効率も悪い。そこで数個から数十個の複数のLDを1つのグループとして電気的に直列に接続を行い駆動することが通常である。
【0011】
このように多数個のLDを直列に駆動する場合、仮に個々のLDに光検出機能を設け、それによってそのうちの特定のLDの出力低下を検出できても、複数個のLDが電気的に直列に接続されているために、特定のLDのみの駆動電流を増加させてそのLDのみの出力低下を補償することはできない。例えば、駆動電流を増加させて特定のLDの出力を補償する場合、出力低下を起こしていない他の多くのLDでは出力が当初の値より増大するため、そのグループ全体としては励起光出力が大幅に増大し、固体レーザ出力も当初設定した値を大きく越えて増加したり、他のグループのLDとの励起のバランスが崩れ、逆に固体レーザ出力が低下したり、不安定になったり、出射ビームの品質が低下したりする恐れがある。さらに数十個以上の個々のLDに光検出器が備えた場合、それらを制御するための配線や回路が非常に複雑になり装置のコストが高くなる。
【0012】
また、従来より知られている方法として、固体レーザ共振器の外部に取り出されるレーザ発振光量を検出して、間接的にLDの劣化の度合いを知ることは可能である。しかし、共振器からの発振光量はLDの劣化によって低下するばかりでなく、共振器ミラーのアライメントのずれやミラー自身の汚れ、損傷、レーザ媒質の変質や損傷そのコーティング膜の汚れなどによっても著しく低下し、むしろ頻度としてはLD以外の原因の場合の方が高いために、レーザ発振光の光量からLDの劣化の度合いを分離して把握することは難しい。
【0013】
また、図15及び図16に示した従来の方法では、レーザ光軸に沿ってあるいはその延長上にCCDカメラを設置する必要性と、レーザ発振させると強いレーザ光の影響で蛍光分布が見えなくなるために、蛍光分布を測定する際に、共振器ミラーを一端はずしたり、あるいは一時的に共振器内に折り返しミラーを挿入して、固体レーザ装置として発振させないようにする必要があり、稼働状態でのLDの劣化検出が出来ないため、実用性に乏しい。加えて、高いレーザ出力を得る目的でレーザ装置内に複数のレーザロッドが配置されている場合、レーザ発振光軸に沿った1つの方向から1台のCCDカメラで長尺なレーザロッド、あるいは複数のレーザロッド内の蛍光分布を一度に観測することは結像の焦点距離などから極めて困難であるため、複数のCCDあるいは、複数の折り返しミラー、さらにはさまざまな焦点距離の結像レンズ等が必要になり、光学系が極めて複雑かつコストが高くなってしまう。
【0014】
さらに、従来図で示したように、全てのLDを直列に接続して1つの電源で駆動する場合、直列に接続するLDの数が20〜30個を越え、駆動電圧が40Vを越えた場合、逆に電源が非常に大型になる。これは特に駆動電圧の上昇に対応して電源を構成している電子部品が急激に大型になるためであり、搭載するLDの数が多い場合、20〜30個のLDを1つのグループとして電源を分けた方が電源全体としては小型になる。また、1つの電源で大電流、高電圧を扱う場合、電子部品の冷却方法や耐久性、信頼性の低下、個々の部品が大型化することによる交換、保守のしづらさも実用的に大きな問題である。さらに加えて可変抵抗で個々のLDへの駆動電流を制御した場合、抵抗における発熱やドリフト、運転効率低下の問題も生じる。
【0015】
さらに、本願発明者が実際にレーザ装置を試作して得た知見として、数十から数百個のLDを用いて1つあるいは数個のレーザロッドを励起する場合、個々のLDの電流値を変化させても、それが蛍光分布全体に及ぼす変化量の割合は小さく、むしろ電源から各LDに供給されている電流値の時間変動や熱変動、リップル、検出器の検出揺らぎやノイズの影響による蛍光の変動量の方が大きいために、現実には個々のLDの駆動電流を制御する機構を設けても有効に機能しない。
【0016】
さらに、全てのLDを1つの電源で駆動した場合の問題点として、電源に何らかの部品の不良あるいは制御システムの不具合、使用者による誤操作、さらには落雷、停電などの外部的要因によってLDの許容範囲を超える過大電流が流れた場合、全てのLDが同時に一様に破壊されてしまうことになる。
【0017】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、LD励起固体レーザ装置におけるLDの劣化の度合いを常時、正確に把握することができる信頼性の高いレーザ装置を提供することにある。特に、数十個から数百個におよぶ多数個のLDを搭載した固体レーザ装置において、LDの劣化の度合いとその劣化した部位を正確かつ簡便な構成で把握、検出できる信頼性の高いレーザ装置を提供することにある。
【0018】
また、本発明の他の目的は、劣化したLDの度合いに応じて固体レーザ媒質への励起の度合いを補正、調整するための簡便な方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、励起光を吸収し所定の波長の光を発生あるいは増幅する固体レーザ媒質と、前記励起光を発生しかつ発生した励起光を直接、あるいは光学素子を介して該レーザ媒質に導入する半導体レーザ光源とを少なくとも有する固体レーザ装置において、該固体レーザ装置を構成するレーザ共振器内の前記固体レーザ媒質と該固体レーザ媒質端面に対向配置された出力ミラー又は共振器ミラーとの間の、該共振器内で発生するレーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に、該固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を検出する蛍光検出手段を備え、前記蛍光検出手段が、前記レーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に配設された光学的手段と、前記光学的手段に導かれた前記蛍光を検出する光検出器とからなり、前記蛍光検出手段で検出された前記固体レーザ媒質から発生する蛍光の量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、前記半導体レーザ光源の劣化状況診断を行うものである。
【0020】
本発明におけるLD劣化検出は、レーザ発振光ではなくレーザ媒質から発せられる蛍光の光量を測定するというものである。蛍光の量は、レーザ媒質内で吸収された励起光量に比例するため、波長の変化による吸収量の変化の効果・情報も含まれており、特にLDの場合、ランプと異なり動作温度によって波長が大きく変化するために、単純にLDから出射される励起光量を測定するよりも正確に励起の状況、LDの劣化による波長変化の様子なども知ることができる。
【0021】
加えて、蛍光は共振器ミラーのアライメントのずれや汚れなどによって光量がまったく影響を受けない。レーザ媒質自身の変質や損傷そのコーティング膜の汚れなどによって低下するが、その度合いはレーザ発振光の変化に比べれば遥かに小さい。これは蛍光が励起光が照射されているレーザ媒質全体から放射されるためで、レーザ発振光よりも局所的な変化の影響を受け難いためである。
【0022】
しかしながら、レーザ光と違い蛍光は指向性が弱く、発生すると伝播しながらすぐに広がって散逸するために、その検出はなるべくレーザ媒質に近い位置で行うことが望ましい。固体レーザ媒質の外側の周囲は通常金属などで覆われ蛍光が遮られてしまうが、レーザ発振光の光軸近傍であれば、レーザ媒質が光学的に露出しており、かならず蛍光が観測できる。しかし、光軸近傍でも共振器の外側では共振器のミラーで蛍光も反射されてしまうために、レーザ共振器内で計測することが望ましい。
【0023】
ここで、共振器内で蛍光量を計測する場合、計測のための光計測器あるいはそこに蛍光を導くための光学的手段、あるいは光検出器そのものがレーザ発振光の光軸を遮ってしまってはレーザ発振自体が阻害されるために、稼働状態で常時蛍光量を検出するためには光軸を遮らない程度に近接させる必要がある。
【0024】
本願発明者が実際にレーザ装置を試作して実験的に得た知見として、レーザ媒質内での励起光の励起分布は、LDとレーザ媒質との機械的な位置構成が決まれば、その蛍光量あるいはその相対値だけを検出すれば良く、励起分布そのものをCCDカメラで検出する必要はなく、さらに蛍光量を測定すれば励起の効率がわかるが、それが一定の値であれば励起の分布の状態も常に一定の状態に保たれることがわかった。従って、蛍光量はレーザ光の光軸上で検出する必要はなく、レーザ光に比べて広がりが大きいことを利用して、レーザ光の光軸を遮らない程度に離れたところで検出すればよい。また、常に同じ位置で計測することで蛍光量全体との比率は常に一定に保たれるため、励起の全体の状態を正確に知ることが出来る。
【0025】
本発明においては、前記励起光が、前記レーザ発振光の光軸に対して略直交する方向から導入される構成とすることができる。
【0026】
固体レーザ媒質により数多くのLDからの励起光を照射しようという場合、励起光の光軸を固体レーザ媒質でのレーザ発振光の光軸に対して垂直に、かつ発振光の光軸に沿って配置するいわゆる側面励起という手法が有効であり、本発明では、LDからの励起光を直接測定するのではなく、固体レーザ媒質からの蛍光量を測定するため、LDと固体レーザ媒質との位置関係や励起方法に依存せず測定が可能であり、励起光の光軸が固体レーザ媒質でのレーザ発振光の光軸に対して垂直に設定される場合であっても適用することができる。
【0027】
また、本発明においては、前記光学的手段が、該固体レーザ媒質から発せられた前記蛍光を反射させるミラーを含み、該ミラーに反射された前記蛍光が、空間伝搬して所定の位置に配設された前記光検出器に入射する構成とすることができる。
【0028】
光検出器を直接レーザ共振器内のレーザ発振光路に近づける場合、光検出器の形状や大きさのために近づけられなかったり、設置位置に制約が生じる場合がある。そこで光検出器をレーザ発振光の光軸から離れたところに設置し、レーザ発振光の光軸にはレーザ媒質からの蛍光が照射され、かつ照射された蛍光を光検出器に向けて反射させる手段を設けることで、直接光検出器をレーザ発振光路に近接させなくとも、蛍光を検出することができる。
【0029】
また、本発明においては、前記光学的手段が、前記蛍光の波長において透明な媒質を備え、該媒質の一端から入射した前記蛍光が、該媒質内部を伝播して他端に配設された前記光検出器に入射する構成とすることもできる。
【0030】
蛍光は指向性が弱いために、レーザ発振光路近傍から離れた位置に設置した光検出器まで空間伝播させた場合、急激に広がってしまい、検出に十分な光量が取れない場合がある。そこで、蛍光の波長において透明な媒質を用い、その媒質の一部をレーザ発振光路に近接させ、また別の一部に媒質内を伝播した蛍光を受光するように光検出器を配設することにより、蛍光を媒質内に閉じ込めて伝播させ、蛍光が光検出器に到達するまでに著しく拡散・散逸しないようにするというものである。その際、レーザ発振光路に近づける媒質の部分を、薄く或いは細く加工することで狭いレーザ共振器内のレーザ光路にも容易に挿入・近接させることができる。さらにレーザ発振光路に近づける媒質の部分の形状を蛍光が効率よく媒質内に導入、光検出器まで効率よく伝播するように媒質の表面の形状を加工あるいは表面に所定の反射率を有するコーティングを施してもよい。
【0031】
また、本発明においては、前記光学的手段が、前記レーザ発振光の光路の一部において光軸の周囲を取り囲むように形成され、前記光学的手段に設けた開口の端部から入射した前記蛍光が、外周側端部の所定の位置に配設された前記光検出器に導かれる構成とすることもできる。光軸の周囲を取り囲むように蛍光の波長において透明な媒質を配設することで、微弱な蛍光まで効果的に収集、取り出し、検出することができる。
【0032】
更に、本発明においては、前記開口が、前記レーザ媒質の径よりも小さく設定されている構成とすることもできる。レーザ共振器内の発振光光軸の周囲に十分に近接して媒質を取り囲むことで、蛍光の検出と同時にレーザ発振光の発振横モードの制御や共振器外からの戻り光の分離を行うことができる。例えば、特願平10−253116号公報にはレーザ光路上に配設してレーザ光のメインビームと迷光成分を分離する非吸収型の円形のアパーチャが記載されているが、このアパーチャの外形側面に近接して光検出器を配設することで、アパーチャ内部を伝播する蛍光も同時に検出することができる。
【0033】
また、本発明においては、前記透明な媒質が、ガラスを母材として形成されていることが好ましい。ガラスを母材とすれば安価で形状の加工が容易であり、しかも内部を蛍光が吸収されることなく光検出器まで伝播させることができる。
【0034】
また、本発明においては、前記光検出器に到達する前記蛍光の光路上に、前記励起光の波長の光を選択的に減衰させるフィルターを備える構成とすることもできる。
【0035】
励起の形態によっては、固体レーザ媒質から発せられる蛍光を検出するための受光面に励起光が同時に混入する可能性がある。レーザ発振光軸と励起光の光軸とが平行な場合、レーザ媒質内で吸収されなかった大量の励起光がレーザ媒質外へ抜け出て、レーザ媒質からの蛍光と同時に光検出器の受光面に混入する可能性がある。
【0036】
この場合、例えば励起光の波長が変化し、レーザ媒質の吸収波長からずれた場合、レーザ媒質からの蛍光量は減少するにもかかわらず、励起光は固体レーザ媒質での吸収が減るために外に漏れ出す光量が増加し、全体として光検出器の受光面に達する光の光量は両者の光量の合計によって大きく変化し、場合によって増加して検出される。したがって蛍光そのものは減少したと言う正しい情報が伝わらない。そこで蛍光が光検出器の受光面に到達する光路上に、励起光の波長の光を選択的に減衰するフィルターを備えることで蛍光のみを選択的に受光することができる。
【0037】
また、本発明においては、前記光検出器に到達する前記蛍光の光路上に、前記固体レーザ媒質から発せられる前記蛍光のうち、レーザ発振に利用されない蛍光の輝線スペクトルの波長を選択的に透過するフィルターを備える構成とすることもできる。
【0038】
固体レーザ装置の発振が始まると光軸に近い位置あるいはその位置からの反射あるいは導波光を検出する光検出器の受光面には、設置位置によっては蛍光のみならず非常に強度の強い発振光の散乱光が照射され、検出器の出力が飽和したり、また飽和を避けるために信号増幅器の利得を下げた場合、発振前の蛍光強度が十分な精度で測定できない可能性がある。さらに光検出器に入射する発振光が非常に強い場合、光検出器自体を破壊してしまったり性能を劣化させてしまう可能性がある。
【0039】
そこで、固体レーザ媒質から発せられる蛍光がもともと広がりを持っていることを利用し、そのうちのレーザ発振に利用されないスペクトルの波長のみを透過するフィルターを備えることで、レーザ媒質が発振しても検出器に入射する蛍光の量は大幅に増えないために、光検出器を飽和させたり破壊したりすることがない。
【0040】
また、本発明においては、前記半導体レーザ光源が、複数の半導体レーザ素子と、該複数の半導体レーザ素子を所定数のグループに分けて駆動する電源と、前記電源の駆動電流を制御する制御手段とを含み、前記光検出器で検出される前記蛍光の強度に応じて、前記グループごとの駆動電流が前記制御手段によって調整される構成とすることができる。
【0041】
上記従来例で述べたように、固体レーザ装置内で励起用として非常に多くのLDを同時に用いる場合、数個から数十個の複数のLDを1つのグループとして電気的に直列に接続して駆動するのが一般的であるが、単にグループに分けて駆動するだけでなくそれぞれがグループの電源単位に単独で動作できるように電気回路を構成し、それぞれを独立に駆動させたときの固体レーザ媒質からの蛍光量を測定することで、個々のLDあるいはグループ内のLDの出力、波長などの動作状況を個別に検出、制御することができ、また故障したLD或いは故障したLDを含むグループを特定することができる。
【0042】
また、故障したLDおよびそれを含む最小限の数のグループのLDだけを交換することで、他の正常なLDおよび含まれるすべてのLDが正常なグループのLDまで交換することなくレーザ装置を復旧させることができるために、LDの交換保守作業が大幅に容易になり、かつ交換するLDが必要最小限で良いために交換時のLD等の部品代も安価になる。
【0043】
さらに、LDが故障した場合だけでなく、わずかに劣化した場合に於いてもそれぞれのLDあるいはLDのグループの電気回路を単独に駆動させ、その際検出される固体レーザ媒質から発生する蛍光の強度に応じて該各LD光源あるいはそのグループの駆動電流を変化させる制御回路を設けることで、常に固体レーザ媒質への励起状態を一定の状態、あるいは初期的に設定した安定な状態に復帰させることが出来る。また、LDのもともと有する個々の出力や発振波長のばらつきから生じる励起光の吸収効率の違いについても、そのLDの励起時の蛍光強度から駆動電流を制御することで、実用的に最小限のばらつきの範囲内に補正することが出来る。
【0044】
また、個々のLDの駆動電流を独立に制御する必要はなく、20個ぐらいまでの単体LDをグループとして1つの電源で駆動し、その中の個々のLDについては個別に駆動できるような回路構成にはしない。これによって小型で信頼性の高い電源が構成でき、さらに電源の電子部品に不具合があった場合でもそれによるLDの破損を最小限に抑えることが出来る。
【0045】
また、本発明は、上記構成の半導体レーザ励起個体レーザ装置のみならず、該レーザ装置による前記半導体レーザ光源の劣化状況の診断方法を提供するものである。
【0046】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置は、その好ましい一実施の形態において、レーザロッドと、励起光を発生する半導体レーザ素子と、レーザ共振器内のレーザ光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に設けた反射ミラー、光導波媒質等の光学的手段と、蛍光を検出する光検出器とを少なくとも有し、固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を光検出手段で検出し、その蛍光量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、半導体レーザ光源の劣化状況を常時診断するものである。
【0047】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【0048】
[実施例1]
まず、本発明の第1の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質内のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射するいわゆる端面励起の構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【0049】
図1に示すように、複数個積層された半導体レーザ素子2(例えば、出力40W、発光幅1cmを5素子積層)より出射した励起光4(波長808nm)は、集光光学系3を通して円筒形のNd:YAGレーザロッド1(例えば、Nd濃度1.0%at、ロッド直径3cm、長さ5cm)の端面1aを通してレーザロッド1内に照射される。相対するレーザロッド1の端面1bには、例えば、励起光808nmに対して反射率95%以上、レーザ発振光波長1064nmに対して0.2%以下の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されており、レーザロッド1に吸収されなかった励起光4は端面1bで再度レーザロッド1の内部に反射されるようになっている。
【0050】
本実施例の固体レーザ発振器は、レーザロッドの励起光が入射する端面1aと相対して設けた出力ミラー8(例えば、凹面曲率半径1m)の端面8aで共振するように反射膜コーティングされて配置されており、レーザ発振光の光軸5を形成している。具体的には、例えば、端面1aには励起光808nmに対して透過率95%以上、レーザ発振光波長1064nmに対して99%以上の反射率を持つ誘電体多層膜が形成され、端面8aにはレーザ発振光波長1064nmに対して90%の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されている。
【0051】
一方、Si等を母材とする半導体光検出器7は、その共振器内の光軸5の近傍、かつ光軸を遮らない位置に設置されている。半導体レーザ素子2から照射された励起光4はレーザロッド1内で吸収され、吸収された領域から蛍光6が発生する。蛍光6は四方八方に拡散するが、そのうちの一部の蛍光が、図1に示すようにレーザロッド1の共振器側の端面1bを通して外部に拡散し、半導体光検出器7に到達する。
【0052】
蛍光6は吸収された領域から方向性なく均一に四方に広がるため、レーザロッド1や半導体光検出器7の位置などが変化しなければ、半導体光検出器7で検出される蛍光量の変化は、レーザロッド1全体から発生される蛍光6の総量、すなわち励起光4の吸収量にほぼ比例する。励起光4の吸収量が減る原因としては半導体レーザ素子の劣化による励起光出力の低下が最も代表的なものであるが、他に半導体レーザ素子の冷却機構の不良による波長の変化、さらに度合いとしては少ないが集光光学系3の汚れや破損、レーザロッド1の破損などがある。
【0053】
具体的な半導体レーザ素子2の劣化の検出手順としては、半導体レーザ素子2が劣化していない初期の状態に於いて、特定の駆動電流で駆動したときの蛍光量を半導体光検出器7で検出して記録しておき、一定時間経過後あるいは必要に応じて同じ駆動電流で半導体レーザ素子2を駆動し、そのとき検出される蛍光強度と比較することで半導体レーザ素子2の劣化状況を把握することが出来る。
【0054】
このときの半導体レーザ素子2の駆動電流は、固体レーザが発振する駆動電流値より低く選ぶと都合がよい。もちろん固体レーザが発振している状態でも蛍光量の検出は可能であるが、固体レーザが発振した状態では単純に蛍光量だけで励起光の吸収の度合いを判断することは出来ない場合が出てくる。これは固体レーザが発振すると吸収された励起光エネルギーが発振光としても消費されるためで、例えばミラーの汚れやアライメントのズレなど固体レーザ共振器に障害があった場合、吸収された励起エネルギーがレーザ光に変換される割合が減少し、代わりに蛍光として放出されるために検出される蛍光の量が上がるが、これは励起光の状態を反映していない。半導体レーザ素子2の駆動電流を固体レーザが発振する駆動電流値より低く選べば、レーザロッド1内に吸収されたエネルギーはほとんど全て蛍光6に変換されるために、蛍光強度と励起光4の吸収の度合いは常に比例すると判断することが出来る。
【0055】
また、後述するように、半導体レーザ素子2あるいは半導体レーザ素子2のグループが複数の独立した電源あるいは独立して駆動できるように回路が構成されており、かつそれらを単独で駆動した場合に、それによって励起された固体レーザ装置が発振しないような構成の場合には、それらの半導体レーザ素子2あるいはそのグループを単独に駆動し、特定の電流値に設定して蛍光強度を測定することで、各半導体レーザ素子2あるいはそのグループの劣化状況を独立に把握することが出来る。
【0056】
[実施例2]
次に、本発明の第2の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図2及び図13(d)を参照して説明する。図2は、第2の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。また、図13(d)は、蛍光を反射するミラーの他の構成を示す断面図である。
【0057】
図2に示すように、Nd:YAGレーザロッド10(例えば、Nd濃度0.7%at、ロッド直径5cm、長さ10cm)の長手方向に沿って複数の半導体レーザ素子20a〜20h(それぞれ出力40W程度)が配設されており、それより出射された励起光40a〜40h(波長809nm)は、光学系30a〜30hを通して整形され該レーザロッド10に照射される。
【0058】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッド10に対向した端面80a、81aには固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく80%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド10によって図中50で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸50とレーザロッド10が接する端面10a、10bには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0059】
このレーザ共振器内の光軸50の近傍、かつ光軸を遮らない位置に、例えば、波長1064nmに対して97%の反射率を有する反射ミラー71が配設されており、レーザロッド10から発せられた蛍光60を、半導体光検出器70に向けて反射するように角度が調整されている。なお、蛍光60を反射するミラーとして、図13(d)に示すようなパラボラ型ミラー96を用いることもでき、この場合は、装置としては大がかりとなるが、広い範囲の蛍光60を効率よく半導体光検出部70に集光することができ、高感度に蛍光60を検出するシステムに適している。
【0060】
[実施例3]
次に、本発明の第3の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図3を参照して説明する。図3は、第3の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【0061】
図3に示すように、Nd:YAGレーザロッド10(例えば、Nd濃度0.7%at、ロッド直径5cm、長さ10cm)の側面、長手方向に沿ってレーザロッド10を取り囲むように複数の半導体レーザ素子20a〜20hが配設されており、それより出射された励起光40a〜40h(波長809nm)は光学系30a〜30hを通して整形され該レーザロッド10に照射される。
【0062】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッド10に対向した端面80a、81aには固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく80%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド10によって図中50で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸とレーザロッド10が接する端面10a、10bには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0063】
このレーザ共振器内の光軸50の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質72(例えば、石英ガラス)が配設されており、レーザロッド10から発せられた蛍光60を、半導体光検出器70に向けて反射するように角度が調整されている。具体的には、レーザロッド10より発せられた蛍光60は光導波媒質72のレーザロッド10に対向した面72aを透過し、直進してきた蛍光60に対し約45度の角度を有する面72bで反射され、光導波媒質72内を伝搬し、面72cより出射され、面72cに近接して配置された半導体光検出器70の受光面に達する。
【0064】
このように透明な光導波媒質72を介して蛍光60を検出することにより、半導体光検出器70の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器70の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド10と共振器ミラー81の間隔が狭く半導体光検出器70を挿入することが難しい場合でも、小型の媒質72を挿入することで蛍光60を半導体光検出器70に効率的に導き検出することが出来る。
【0065】
[実施例4]
次に、本発明の第4の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図4を参照して説明する。図4は、第4の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【0066】
図4に示すように、菱形のNd:YAGレーザスラブ15(例えば、Nd濃度0.7%at、スラブ幅5cm、長さ10cm)の長手方向に沿って複数の半導体レーザ素子20a〜20dが配設されており、それより出射された励起光40a〜40d(波長809nm)は光学系30a〜30dを通して整形され該レーザ結晶に照射される。
【0067】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらの固体レーザスラブ15に対向した端面80a、81aには、例えば、固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく80%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザスラブ15によって図中で示すジグザグのレーザ発振光軸51が形成される。レーザ発振光は光軸に対してブリュースター角に傾けられた端面15a、15bを透過し、スラブ内の半導体レーザ素子に励起される端面15dおよび対向する15cで全反射しながら進行する。
【0068】
このレーザ共振器内の光軸51の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質72が配設されており、固体レーザスラブ15から発せられた蛍光60を、半導体光検出器70に向けて反射するように角度が調整されている。
【0069】
[実施例5]
次に、本発明の第5の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図5、図13(a)乃至(c)及び図14を参照して説明する。図5は、第5の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。また、図13(a)乃至(c)は、光導波媒質の詳細構造及びバリエーションを模式的に示した図であり、図14は、半導体レーザ励起固体レーザ装置の他の構造を模式的に示した図である。
【0070】
図5に示すように、Nd:YAGレーザロッド10(例えば、Nd濃度0.7%at、ロッド直径5cm、長さ10cm)の側面、長手方向に沿って、レーザロッド10を取り囲むように複数の半導体レーザ素子20a〜20hが配設されており、それより出射された励起光40a〜40h(波長808nm)は光学系30a〜30hを通して整形され該レーザロッド10に照射される。
【0071】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッド10に対向した端面80a、81aには固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく80%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド10によって図中50で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸とレーザロッド10が接する端面10a、10bには固体レーザ発振光を反射散逸しないように波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0072】
このレーザ共振器内の光軸50の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質73が配設されている。媒質73は光軸50の周囲を取り囲んで光軸を中心に回転対称形状を有しており、その側面外部に半導体光検出器70が近接されている。媒質73の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド10より発せられた蛍光60がその面73aを通して媒質73内に導入され、内部で反射されながら外側へ伝搬され、最終的に半導体光検出器70の受光面に達する。
【0073】
より具体的には、図13(a)に示すように、光導波媒質73は、レーザ光90が通過する中心部分に開口を有する円盤状に形成され、開口部近傍には所定の傾斜角を有する蛍光入射端面73aが設けられ、外周部には半導体光検出器70以外の領域に金属又は誘電体膜等からなる全反射膜93が設けられており、端面73aから入射した蛍光60は媒質73の外周部に向かって放射状に伝搬し、外周部の全反射膜93によって反射されて最終的に半導体光検出器70に入射する。
【0074】
なお、光導波媒質の形状として円盤状に限らず、多角形形状や楕円形状等であってもよい。例えば、図13(b)に示す台形の場合は、蛍光入射端面94aから入射した蛍光60が光導波媒質93の外周部に向かって伝搬し、半導体光検出器70が配置される辺以外の外周に設けた全反射膜93で反射して最終的に半導体光検出器70に入射する。また、図13(c)に示す楕円形状の場合は、光導波媒質95の開口部の中心及びレーザ光軸50を楕円の第1焦点に配置し、半導体光検出器70を第2焦点に配置することによって全反射膜93で反射される全ての蛍光60を半導体光検出器70で検出することができる。また上記構造において、光導波媒質の半導体光検出器70に対向する面に無反射膜97を設けることによって蛍光60の反射を抑え、蛍光60を効率よく半導体光検出器70に導くことも可能となる。
【0075】
このように透明な媒質73を光軸の周囲を取り囲むように配置することで媒質73内へ導入できる蛍光60の量が増加し、半導体光検出器70の受光面に達する蛍光60の量を増やすことが出来る。また、半導体光検出器70の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器70の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド10と共振器ミラー81の間隔が狭く半導体光検出器70を挿入することが難しい場合でも、薄型の媒質73を挿入することで半導体光検出器70に蛍光60を導き、検出することが出来る。
【0076】
なお、図14に示すように、半導体光検出器70は円盤状の媒質73の周囲を取り囲むように複数並べて形成しても良く、この複数の半導体光検出器70からの出力を比較することによって、レーザ発光の軸対称性を判断することができ、また、劣化の詳細な部位の特定を行うこともできる。
【0077】
[実施例6]
次に、本発明の第6の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図6を参照して説明する。図6は、第6の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【0078】
図6に示すように、Nd:YAGレーザロッド10(例えば、Nd濃度0.7%at、ロッド直径5cm、長さ10cm)の側面、長手方向に沿ってレーザロッド10を取り囲むように複数の半導体レーザ素子20a〜20hが配設されており、それより出射された励起光40a〜40h(波長808nm)は光学系30a〜30hを通して整形され該レーザロッドに照射される。
【0079】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面80a、81aには固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく80%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド10によって図中50で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸50とレーザロッド10が接する端面10a、10bには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0080】
このレーザ共振器内の光軸50の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質74が配設されている。媒質74は光軸50の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器70が近接されている。媒質74の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド10より発せられた蛍光60がその面74aを通して回折あるいは反射されて媒質74内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器70の受光面に達する。
【0081】
このように透明な媒質74を光軸の周囲を取り囲むように配置することで媒質内へ導入できる蛍光60の量が増加し、半導体光検出器70の受光面に達する蛍光60の量を増やすことが出来る。また、半導体光検出器70の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器70の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド10と共振器ミラー81の間隔が狭く半導体光検出器70を挿入することが難しい場合でも、薄型の媒質74を挿入することで蛍光60を検出することが出来る。
【0082】
さらに媒質74の光軸が通過する穴の直径は3.5mm程度で、レーザロッド10の外径5mmよりも小さく設定されている。このためレーザ発振時にはビーム広がり角の大きいあるいはビーム径の広いビーム品質の悪い成分は媒質74を透過する際に大きな光学的な損失を受け、発振が阻害されるために最終的にミラー81より出射されるレーザ光90の品質を高めることが出来る。蛍光強度の検出と同時にレーザビーム品質の改善も同時に実現することができる。
【0083】
[実施例7]
次に、本発明の第7の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図7を参照して説明する。図7は、第7の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【0084】
図7に示すように、Nd:YAGレーザロッド10(例えば、Nd濃度0.7%at、ロッド直径5cm、長さ10cm)の側面、長手方向に沿ってレーザロッド10を取り囲むように複数の半導体レーザ素子20a〜20hが配設されており、それより出射された励起光40a〜40h(波長808nm)は光学系30a〜30hを通して整形され該レーザロッド10に照射される。
【0085】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面80a、81aには、固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく80%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド10によって図中50で示すレーザ発振光軸が形成される。また、レーザ光軸50とレーザロッド10が接する端面10a、10bには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0086】
このレーザ共振器内の光軸50の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質72、74がそれぞれミラー80、81に近接して配設されている。媒質72は、レーザロッド10の端面10aより発せられる蛍光60aを媒質内を伝搬させ、近接させた光検出器70aに導くように配置されており、一方、媒質74は光軸50の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器70bが近接されている。媒質74の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド10より発せられた蛍光60bがその面で回折あるいは反射されて媒質74内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器70bの受光面に達する。
【0087】
レーザロッド10が長尺で半導体レーザ素子の配列の数が多くなった場合、蛍光は指向性が少ないために半導体光検出器からより遠いLDあるいはレーザロッド10の励起領域の蛍光が散逸してしまうが、このようにレーザロッド10を挟んで両端面側に半導体光検出器を配置することで、一方の検出器から遠い半導体レーザ素子あるいは励起領域の情報もより正確に知ることが出来る。
【0088】
[実施例8]
次に、本発明の第8の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図8乃至図10を参照して説明する。図8は、第8の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。また、図9は、励起光遮光フィルターの透過特性を示す図であり、図10は、発振に寄与しない波長成分のみを取り出す狭帯域透過フィルターの透過特性を示す図である。
【0089】
図8に示すように、複数個積層された半導体レーザ素子2(例えば、出力40W、発光幅1cmを5素子積層)より出射した励起光4(波長808nm)は集光光学系3を通して円筒形のNd:YAGレーザロッド1(例えば、Nd濃度0.8%at、ロッド直径3cm、長さ5cm)の端面1aを通してレーザロッド1内に照射される。
【0090】
相対するレーザロッド1の端面1bには、例えば、励起光808nmに対して反射率95%以上、レーザ発振光波長1064nmに対して0.2%以下の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されており、レーザロッド1に吸収されなかった励起光は端面1bで再度反射されレーザロッド1内に戻されるようになっている。
【0091】
本実施例の固体レーザ発振器はレーザロッド1の励起光4が入射する端面1aと相対して設けた出力ミラー8の端面8aで共振するように反射膜コーティングされて配置されており、レーザ発振光の光軸5を形成している。具体的には、例えば、端面1aには励起光808nmに対して透過率95%以上、レーザ発振光波長1064nmに対して99%以上の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されている。また同じく端面8aにはレーザ発振光波長1064nmに対して90%の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されている。
【0092】
このレーザ共振器内の光軸5の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質72が配設されている。媒質72は光軸5の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器7が近接されている。媒質72の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド1より発せられた蛍光6がその面で回折あるいは反射されて媒質72内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器7の受光面に達する。
【0093】
このように透明な媒質73を光軸5の周囲を取り囲むように配置することで媒質73内へ導入できる蛍光6の量が増加し、半導体光検出器7の受光面に達する蛍光6の量を増やすことが出来る。また、半導体光検出器7の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器7の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド1と共振器ミラー8の間隔が狭く半導体光検出器7を挿入することが難しい場合でも、薄型の媒質72を挿入することで蛍光6を検出することが出来る。
【0094】
さらに、媒質73の側面と半導体光検出器7との間には、励起光4の波長を吸収し、レーザロッド1より発せられる蛍光6のみを透過する励起光遮光フィルター(例えば、HOYA RM100)75と、蛍光6のうちレーザ発振に寄与しない波長成分のみを透過する狭帯域透過フィルター(干渉フィルター)76が挿入されており、半導体光検出器7には蛍光6のうちレーザ発振に寄与しない波長の光のみが到達し検出される。このように2枚のフィルターを備えることにより、励起光そのものではなく励起光を吸収することによって発生する蛍光の量を正確に信頼性よく計測することが出来る。
【0095】
図9は、励起光をカットし、蛍光のみを透過する励起光遮光フィルター75の透過特性の一例を示した図である。図からわかるように、励起光808nm近傍では透過率が5%未満と低く、逆に蛍光の波長1064nm近傍では高い透過率を有する。このような特性のフィルターとしては、例えばHOYA製のR85あるいはRM100があげられる。また吸収型のフィルターではなく、同様の透過性を有する誘電体多層膜でもよい。
【0096】
また、図10は、レーザロッド1より発せられる蛍光成分のうち、発振に寄与しない波長成分のみを取り出す狭帯域透過フィルター76の透過特性の一例を示した図である。図からわかるように、蛍光成分のうち946nm成分のみを透過し、主に発振に寄与する1064nm近傍の光を透過しない。このような特性は干渉フィルターを用いることで容易に実現することができる。もちろん干渉型フィルターの代わりに、誘電体多層膜によるバンドパスフィルターでも構わない。更に透過波長は、Nd:YAGの他の発光スペクトルである1310nm近傍にしても構わない。
【0097】
また、本実施例では光導波媒質73と半導体光検出器7との間に励起光遮光フィルター75及び狭帯域透過フィルター76を設ける構成について記載したが、光導波媒質73自体を特定の波長の光を透過又は吸収する材料で形成し、フィルターの機能を兼ね備えることも可能である。また、狭帯域透過フィルター76の帯域を蛍光の波長近傍で細かく分割し、レーザロッド1の劣化に応じて変化する蛍光波長のずれを検出することも可能である。
【0098】
[実施例9]
次に、本発明の第9の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図11を参照して説明する。図11は、第9の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、複数個直列に配置されたレーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面を示している。
【0099】
図11に示すように、長手方向に配列された3本のNd:YAGレーザロッド10、11、12(例えば、Nd濃度0.7%at、ロッド直径5cm、各長さ10cm)の側面、長手方向に沿って同じく複数の半導体レーザ素子20a〜20h、21a〜21h、22a〜22hが配設されており、それより出射された励起光40a〜40h、41a〜41h、42a〜42h(波長808nm)はそれぞれ光学系30a〜30h、31a〜31h、32a〜32hを通して整形され該レーザロッド10、11、12に照射される。
【0100】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面80a、81aには固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく50%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド10〜12によって図中51で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸51と各レーザロッド10〜12が接する端面10a〜12a、10b〜12bには、例えば、固体レーザ発振光を反射散逸しないように波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0101】
このレーザ共振器内の光軸51の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質72a〜72dが配設されている。各媒質は光軸51の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、レーザロッド10、11、12の各端面より発せられる蛍光60a〜62a、60b〜62bを媒質内を伝搬させ近接させた光検出器70a〜70dに導くように配置されている。各媒質の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、各レーザロッドより発せられた蛍光がその面で回折あるいは反射されて媒質内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器の受光面に達する。
【0102】
具体的には媒質72aはレーザロッド10の端面10aを通して発生される蛍光60aを検出し、媒質72bはレーザロッド10の端面10bあるいはレーザロッド11の端面11aを通して発せられる蛍光60bあるいは61aを検出し、媒質72cはレーザロッド11の端面11bあるいはレーザロッド12の端面12aを通して発せられる蛍光61bあるいは62aを検出し、媒質72dはレーザロッド12の端面12bを通して発せられる蛍光62bを検出するように配設されている。
【0103】
レーザロッドが長尺で半導体レーザの配列の数が多くなった場合、蛍光は指向性が少ないために検出器からより遠いLDあるいはレーザロッドの励起領域の蛍光が散逸してしまうが、このようにレーザロッド10〜12を挟んで両端面側に半導体光検出器を配置することで、一方の検出器から遠いLDあるいは励起領域の情報もより正確に知ることが出来る。
【0104】
さらに各媒質72a〜72dと半導体光検出器70a〜70dとの間には、半導体レーザの励起光の波長を吸収、あるいは反射し、レーザロッドより発せられる蛍光のみを透過する励起光遮光フィルター75a〜75dと、蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長成分のみを透過する狭帯域透過フィルター76a〜76dが挿入されており、半導体光検出器には蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長の光のみが到達し検出される。このように2枚のフィルターを備えることにより、励起光そのものではなく励起光を吸収することによって発生する蛍光の量を正確に信頼性よく計測することが出来る。
【0105】
[実施例10]
次に、本発明の第10の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図12を参照して説明する。図12は、第10の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってLDの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【0106】
図12に示すように、長手方向に配列された2のNd:YAGレーザロッド11、12(例えば、Nd濃度1.0%at、ロッド直径5cm、長さ10cm)の長手方向に沿って同じく複数の半導体レーザ素子25a〜25h、26a〜25hが配設されており、それより出射された励起光40a〜40h、41a〜41h(波長809nm)は光学系30a〜30h、31a〜31hを通して整形され該レーザロッドに照射される。
【0107】
固体レーザ共振器は2枚の共振器ミラー80、81よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面80a、81aには固体レーザの発振光(波長1064nm)に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面80aには波長1064nmに対して99%以上の高反射膜、81aには同じく75%の部分反射膜が形成されている。これら2枚のミラー80、81および固体レーザロッド11、12によって図中51で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸51と各レーザロッド11、12が接する端面11a、11b、12a、12bには固体レーザ発振光を反射散逸しないように波長1064nmに対して反射率0.2%以下の反射防止膜が形成されている。
【0108】
このレーザ共振器内の光軸51の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長1064nmに対して透明な媒質72a〜72cが配設されている。各媒質72a〜72cは光軸5の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器70a〜70cが近接されている。媒質72a〜72cの光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド11、12より発せられた蛍光60a、60b、61a、61bがその面で回折あるいは反射されて媒質内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器の受光面に達する。
【0109】
ロッドが長尺で半導体レーザの配列の数が多くなった場合、蛍光は指向性が少ないために検出器からより遠いLDあるいはロッドの励起領域の蛍光が散逸してしまうが、このようにレーザロッド11、12を挟んで両端面側に半導体光検出器を配置することで、一方の検出器から遠い半導体レーザあるいは励起領域の情報もより正確に知ることが出来る。
【0110】
さらに媒質72a〜72cと光検出器70a〜70cとの間には、励起光40a〜40h、41a〜41hの波長を吸収、あるいは反射し、レーザロッドより発せられる蛍光のみを透過する励起光遮光フィルター75a〜75cと、蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長成分のみを透過する狭帯域透過フィルター76a〜76cが挿入されており、半導体光検出器70a〜70cには蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長の光のみが到達検出される。このように2枚のフィルターを備えることにより、LDからの励起光の吸収状況を正確に計測することが出来る。
【0111】
そして、図に示すように半導体レーザ素子を2個ずつ直列に接続しそれぞれ独立の電源25a〜26dで駆動する。それらの電源には電流値を外部から制御するための制御信号がインターフェース91a〜91dから供給される。さらにインターフェースは上位の制御ホスト92によって制御・監視・記録される。
【0112】
次に、基本的な制御の流れの一例を説明する。制御ホスト92からの指令によってインターフェース91aを介して電源25aから電流25アンペアが半導体レーザ素子20a、20bに供給される。このとき電源25a以外の他の電源は休止している。半導体レーザ素子20a、及び20bからの励起光40a、40bは光学系30a、30bで整形された後、レーザロッド11に照射される。半導体レーザ光はレーザロッド11aに吸収され蛍光60aを発する。この蛍光はその発生した位置から最も近い蛍光検出用の透明媒質72aに伝搬し、媒質72a内を伝播した後、励起光を除去するための励起光遮光フィルター75aと蛍光成分のうち、実際にレーザ発振に寄与しない成分のみを透過するフィルター76aを透過した後、半導体光検出器70aに到達し検出される。
【0113】
このとき、半導体レーザ素子20a、20bのみ駆動されているため、半導体光検出器70aにより検出される蛍光量は半導体レーザ素子20a、20bからの励起によって発生したものである。従って検出される蛍光量は、半導体レーザ素子20a、20bの励起光の吸収量に比例し、言い換えればこれら半導体レーザ素子の出力光の総量及びその波長を反映した値である。
【0114】
次に、同様に制御ホスト92からの指令によりインターフェース91bを通して電源25bより半導体レーザ素子20c、20dに通電を行う。このとき発生する蛍光60bは最も距離の近い72bを通して半導体光検出器70bで検出される。このときの駆動電流は固体レーザ装置が発振しない値に選択する必要がある。
【0115】
このようにすべての駆動電源25a〜26dを順に単独に駆動し、その時発生する蛍光強度を最寄りの半導体光検出器で検出し、制御ホスト92に記録しておく。基準となる状態、たとえば、これらの半導体レーザ素子が新品でまったく劣化していない状態で特定の電流値、たとえば25アンペアを通電し、このときの蛍光量を制御ホスト92のメモリーに記憶しておく。次に一定時間経過後、あるいは固体レーザ出力に異常が発生した時点で、再度すべての駆動電源を同様に単独で駆動し、そのときに発生する蛍光強度を全く同様の経路で半導体光検出器により検出する。そして、それらの値を元の値と比較することで各半導体レーザ素子の劣化の具合を個別に検出することが可能である。たとえば蛍光の量が使用開始時の70%以下まで低下した場合、その電源で駆動している半導体レーザ素子が劣化したと判断し交換するように決めておけばよい。
【0116】
なお、以上の実施例において、Nd:YAGをレーザ媒質の例としてあげたが、他のいかなるレーザ発振元素、例えば、Yb、Ho、Tm、Cr、Tiを含むものでもよいし、母材としても他にYLFやYVO4、GGG、GSGGのような結晶でもよく、ガラス、セラミックのような非晶質のものでもよい。
【0117】
また、光導波媒質の材料としてはガラスを例としてあげたが、励起光に対して高い透過率を有するものであればよい。特に、鉛を添加した高屈折率のガラスを用いれば、導波板内を伝搬する励起光が全反射により効率的に伝搬できる。また、屈折率の高い透明な材料として、サファイアやレーザ元素を含まないYAGなどの結晶材料でもよい。また、光導波媒質の形状として穴のあいた円盤状形状、台形、楕円形やパラボラ形状を挙げたが、他のいかなる形状でもよく、レーザ媒質から発生した蛍光を光検出器まで伝搬させるものであれば、すべて本特許の請求の範囲に含められる。また形状や媒質としてはなるべく伝搬の途中で弱めないようなものであればよく、さらに集めるような形状であれば理想的である。プラスチックのような樹脂でも良いので、光ファイバーでも良い。レーザロッドの径は実施例では直径5mmを用いたが、他のサイズでもよく、必要とされるレーザ装置の構成上最適な径と長さが選ばれる。また励起に用いるLDの発振波長も808nm以外でもよく、レーザ結晶や励起分布の構成を考慮して最適な波長が選ばれる。
【0118】
半導体レーザ素子としては、例えば米国SDL社のSDL3470Sを用いることができ、他に米国オプトパワー社のOPC−A020−MMM−CLでもよいし、フランスTomson−CSF社のTH−C1720−Pでもよい。また、半導体レーザ素子も予めアレイ状に4個並べたフランスTomson−CSF社のTH−C1720−R(4)でもよい。また半導体レーザ素子の出力は1cmあたり20W以下であればよいから30W用でも40W用でもよく、この場合、定格出力の半分以下の出力で使用することから半導体レーザ素子の寿命を3倍から9倍程度まで長くすることが出来、固体レーザ装置の信頼性を向上できる。
【0119】
また、以上の実施例では励起光の波長の光を減衰する励起光遮光フィルターと発振に寄与しない固体レーザ媒質の蛍光の輝線波長のみを選択的に透過する狭帯域透過フィルターをペアで使用したが、励起構成の関係で励起光が半導体光検出器に到達しない場合には、前者のフィルターを省略しても良いし、また固体レーザロッドの蛍光の輝線波長のみを選択的に透過するフィルターの非透過波長帯が励起光の波長まで達している場合には、同じく後者のフィルターだけで励起光が透過しないために前者のフィルターを省略しても良い。半導体光検出器としてSiの例を挙げたが他にGeでもGaAsでもInGaAsでも他の半導体材料でも良い。蛍光の波長に合わせ最も感度良く検出できる材料が選択される。
【0120】
また、励起構成の関係で励起光が半導体光検出器に到達しない場合で、かつ固体レーザが発振しても発振光によって光検出器が性能を劣化させないのであれば、いずれのフィルターも省略してもよい。さらにその代わりに、発振光で光検出器が劣化しないように、すべての光を減衰させるような、たとえばNDフィルターを挿入しても良いし、拡散板を挿入しても良い。
【0121】
【発明の効果】
以上説明したように、半導体レーザからの励起光をレーザロッドで吸収し、増幅する半導体レーザ励起固体レーザ装置において、共振器内の光軸近傍かつ光軸を遮らない位置に、反射ミラーや光導波媒質等を設けてレーザロッドから発せられる蛍光を半導体光検出器に導くことによって、励起状態を正確に把握することができ、励起用半導体レーザの状態、寿命をレーザ装置を稼働した状態で計測・管理することができる。
【0122】
また、本発明では、半導体レーザからの励起光を直接測定するのではなく、レーザロッドからの蛍光を測定するため、半導体レーザとレーザロッドとの位置関係や励起方法に依存せず、励起光とレーザ光の光軸が一致する構成、光軸が直交する構成のいずれに対しても適用することができる。
【0123】
また、本発明では、蛍光を測定する半導体光検出器は共振器内やレーザ光軸近傍にしなくてもよく、反射ミラーや光導波媒質により導けばよいため、レーザロッドと共振器ミラーとの間隔が狭い場合であっても確実に蛍光を検出することができる。
【0124】
また、光導波媒質を光軸の周囲を取りまくようにドーナツ状に形成し、かつ光導波媒質内側の開口径をレーザロッドの径よりも小さくすることによって、広がり角の大きいビームの発振を抑制することができ、蛍光強度の検出と同時にレーザビーム品質の改善も実現することができる。
【0125】
また、本発明では、半導体光検出器の前段に励起光遮光フィルタや狭帯域透過フィルタを設置することによって、励起光の混入を防ぎ、レーザ発振に寄与しなる蛍光のみを検出することができるため、励起光の吸収状況を正確に計測することができる。
【0126】
更に、本発明では、複数の半導体レーザ素子を複数のグループに分割し、各々のグループに対して半導体レーザ素子を駆動する電源を個別に設け、その電源をホストの指令により制御することによって、半導体レーザ素子の劣化状態を個別に診断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図3】本発明の第3の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図4】本発明の第4の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図5】本発明の第5の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図6】本発明の第6の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図7】本発明の第7の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図8】本発明の第8の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図9】励起光の波長を遮断するフィルターの特性を表わしたものである。
【図10】レーザ発振に利用されない輝線スペクトルの波長のみを透過するフィルターの特性を表わしたものである。
【図11】本発明の第9の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図12】本発明の第10の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図13】本発明のLD励起固体レーザ装置の他の構造を示す図であり、(a)乃至(c)は光導波媒質の他の構造、(d)は反射ミラーの他の構造を示す図である。
【図14】本発明の第5の実施例に係るLD励起固体レーザ装置の他の構造を模式的に示す図である。
【図15】従来のLD励起固体レーザ装置の構造を示す図である。
【図16】従来のLD励起固体レーザ装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザロッド
1a、1b レーザロッド端面
2 半導体レーザ素子
3 集光光学系
4 励起光
5 光軸
6 蛍光
7 光検出器
8 ミラー
8a ミラー端面
9 レーザ光
10 レーザロッド
10a、10b レーザロッド端面
15 レーザロッドスラブ
15a、15b ブリュースターカット面
15c、15d 全反射端面
20a〜20h、21a〜21h、22a〜22h 半導体レーザ素子
25a〜25d、26a〜26d 直流電源
30a〜30h、31a〜31h、32a〜32h 光学系
40a〜40h、41a〜41h、42a〜42h 励起光
50 レーザ光軸
60、60a、60b、61a、61b、62a、62b 蛍光
70、70a〜70d 半導体光検出器
71 反射ミラー
72、72a〜72d、73、74、94、95 光導波媒質
72a、72c 低反射コーティング端面
72b 全反射端面
73a、74a、94a、95a 蛍光入射端面
75、75a〜75d 励起光遮光フィルター
76、76a〜76d 狭帯域透過フィルター
80 共振器ミラー
80a ミラー端面
81 共振器ミラー
81a ミラー端面
90 レーザ光
91a〜91d インターフェース
92 制御ホスト装置
93 全反射膜
96 パラボラ型ミラー
97 無反射膜
101 レーザロッド
102〜107 励起用半導体レーザ素子
117 電源
120 共振器ミラー(全反射)
121 共振器ミラー(部分反射)
122〜127 可変抵抗
128 折り返しミラー
129 集光レンズ
130 CCDカメラ
131 制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser pumped solid-state laser device and a state diagnosis method for the device, and in particular, a highly reliable semiconductor laser pumped solid-state laser device that can easily and easily perform deterioration diagnosis of a semiconductor laser and the state of the device. It relates to a diagnostic method.
[0002]
[Prior art]
As a pumping method using light of a solid-state laser medium such as Nd: YAG, a semiconductor laser diode (hereinafter referred to as LD) having a higher absorption efficiency into the laser medium than a lamp and having a small size, high efficiency, and long life is used as an excitation light source. In recent years, so-called LD-pumped solid-state lasers have attracted attention. In particular, recently, an LD-pumped solid-state laser device has been developed that uses several hundreds of LDs in one resonator to emit laser output up to kilowatts.
[0003]
LD is said to have a life of 10 times longer than that of a lamp and can be used continuously for about 10,000 hours. However, this time is average, and there are some individual LDs whose output drops in about several thousand hours, and it is difficult to completely recognize and remove them by initial LD selection. Also, even when the LD is mounted on a solid-state laser device, the life is significantly shortened by disturbances such as static electricity, electrical surges from the power supply, return light, dust, gas, condensation, etc. and the external environment. In order to improve the reliability of the apparatus and deal with early failure, it is necessary to detect the amount of excitation light from the LD by some means and grasp the degree of deterioration.
[0004]
Therefore, in a low-power operating LD of 10 W or less, an excitation light that slightly leaks from a highly reflective surface (back surface) opposite to the emission surface (front surface) of an ordinary LD chip is usually detected by a photodetector arranged in the LD package. The energy is detected and used for controlling the amount of excitation light or detecting the deterioration of the LD.
[0005]
In addition, the laser beam emitted from the output mirror constituting the solid-state laser resonator to the outside of the resonator is partially branched, or the energy of the oscillating light leaking from mirrors other than the output mirror is measured with a photodetector. Therefore, methods used for laser output control and LD degradation detection are also used.
[0006]
There has also been proposed a method for detecting the fluorescence intensity or the fluorescence distribution in a direction along the laser oscillation optical axis or on an extension line thereof. FIGS. 15 and 16 show an embodiment described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-269576, in which fluorescence emitted from a solid laser rod along the laser oscillation optical axis is branched by a monitor mirror, and is scanned by a CCD camera. A method has been proposed in which the excitation distribution is imaged and observed, and the drive current of each LD is independently adjusted in order to make the excitation distribution uniform from the image. This prior art will be described below.
[0007]
In this conventional example, as shown in FIG. 16, when setting the values of the drive currents of the LDs 102 to 107, excitation is first performed with the mirror of the solid-state laser resonator removed, so that the excitation distribution becomes uniform. Describes a method of attaching a resonator mirror again after adjusting with variable resistors 122 to 127 while observing an excitation distribution with a CCD camera 130. Further, as shown in FIG. 15, with the resonator mirrors 120 and 121 attached, a folding mirror 128 is inserted into the resonator only at the time of fluorescence distribution measurement, and the fluorescence from the laser rod 101 is passed through the folding mirror 128 to the CCD. A method of observing with the camera 130 has also been proposed.
[0008]
Further, in this conventional example, as a method of downsizing the LD driving power source 117, simplifying the wiring, and adjusting the driving currents of the LDs 102 to 107 independently, all the LDs are connected in series and one power source 117 is connected. In which the variable resistors 122 to 127 are connected in parallel to the LDs 102 to 107 to control the current value flowing through the LDs.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the LD chip for high output operation of 20 W or more that is currently popular has a light emitting surface of about 1 cm in length, in order to detect all light of 1 cm width with a photodetector provided behind Since a wide detector is required and the amount of light leaking from the back surface of the chip is large, the output of the photodetector will be saturated unless a light reduction filter is provided in front of the photodetector. For this reason, the configuration of light detection becomes complicated and the cost increases. Therefore, the LD for high-power operation usually does not have a mechanism for detecting the amount of light in the package itself. Further, in the case of a configuration called stacking, in which LDs are stacked in a direction perpendicular to the semiconductor layer at a narrow interval, there is not a sufficient place for providing a photodetector on the back surface, so that a photodetection function is not usually provided. . For this reason, in the case of a high-power solid-state laser device using a high-power LD, it is impossible to directly detect the deterioration of the LD.
[0010]
In addition, the light output capable of stably operating the LD element having a light emitting surface length of about 1 cm is about 20 W to a maximum of about 80 W. Therefore, in the case of a high-power laser device that requires higher excitation, it is necessary to use a plurality of LDs. For example, in order to obtain a laser output of a kilowatt class from a solid-state laser device, several tens to hundreds or more LDs may be used as a pumping source for one solid-state laser medium. In the case of using these simultaneously, if each LD element is provided with an independent drive power supply, the number of power supplies becomes very large, a large installation volume is required, wiring is complicated, and operation efficiency is poor. Thus, it is usual to drive several LDs of several to several tens as a group, electrically connected in series.
[0011]
When a large number of LDs are driven in series in this way, even if a light detection function is provided for each LD, and a decrease in output of a specific LD can be detected thereby, a plurality of LDs are electrically connected in series. Therefore, it is impossible to increase the drive current of only a specific LD to compensate for the output drop of only that LD. For example, when the output of a specific LD is compensated by increasing the drive current, the output of many other LDs that do not cause a decrease in output increases from the original value, so that the pump light output is greatly increased for the entire group. The solid-state laser output also increases far beyond the initially set value, the balance of excitation with the LDs of other groups is lost, and the solid-state laser output decreases or becomes unstable. The quality of the beam may be degraded. Further, when a photodetector is provided in several tens or more of individual LDs, wiring and circuits for controlling them are very complicated, and the cost of the apparatus is increased.
[0012]
Further, as a conventionally known method, it is possible to detect the amount of laser oscillation extracted outside the solid-state laser resonator and know the degree of degradation of the LD indirectly. However, the amount of oscillation light from the resonator not only decreases due to the deterioration of the LD, but also significantly decreases due to misalignment of the resonator mirror, contamination and damage of the mirror itself, alteration and damage of the laser medium, and contamination of the coating film. However, since the cause other than LD is higher in frequency, it is difficult to grasp the degree of deterioration of the LD separately from the amount of laser oscillation light.
[0013]
In the conventional method shown in FIGS. 15 and 16, the fluorescence distribution becomes invisible due to the necessity of installing a CCD camera along or on the extension of the laser optical axis and the influence of strong laser light when laser oscillation is performed. Therefore, when measuring the fluorescence distribution, it is necessary to remove one end of the resonator mirror or temporarily insert a folding mirror into the resonator to prevent oscillation as a solid-state laser device. Since the deterioration of LD cannot be detected, it is not practical. In addition, when a plurality of laser rods are arranged in the laser device for the purpose of obtaining a high laser output, a long laser rod with one CCD camera from one direction along the laser oscillation optical axis, or a plurality of laser rods It is extremely difficult to observe the fluorescence distribution in the laser rod at once because of the focal length of imaging, so multiple CCDs, multiple folding mirrors, and imaging lenses with various focal lengths are required. As a result, the optical system becomes extremely complicated and expensive.
[0014]
Furthermore, as shown in the conventional diagram, when all the LDs are connected in series and driven by a single power source, the number of LDs connected in series exceeds 20 to 30 and the drive voltage exceeds 40V. Conversely, the power supply becomes very large. This is particularly because the electronic components constituting the power supply corresponding to the increase in driving voltage are suddenly increased in size. When there are a large number of mounted LDs, 20 to 30 LDs are grouped into a power supply. If you divide, the overall power supply becomes smaller. Also, when handling a large current and high voltage with a single power supply, the cooling method, durability, and reliability of electronic components are reduced, and the difficulty of replacement and maintenance due to the enlargement of individual components is also a big problem in practice. It is. In addition, when the drive current to each LD is controlled by a variable resistor, there are problems of heat generation and drift in the resistor and a decrease in operation efficiency.
[0015]
Furthermore, as the knowledge obtained by the inventors of the present invention by actually making a prototype of the laser device, when exciting one or several laser rods using several tens to several hundreds of LDs, the current value of each LD is Even if it is changed, the ratio of the amount of change that affects the entire fluorescence distribution is small. Rather, it is due to the effects of time fluctuations, thermal fluctuations, ripples, detector detection fluctuations, and noise of the current value supplied from the power source to each LD. Since the fluctuation amount of fluorescence is larger, actually, even if a mechanism for controlling the drive current of each LD is provided, it does not function effectively.
[0016]
Furthermore, when all LDs are driven by a single power supply, the allowable range of LDs is due to external components such as some parts of the power supply or malfunction of the control system, incorrect operation by the user, lightning strikes, and power outages. When an excessive current exceeding the current flows, all the LDs are destroyed uniformly at the same time.
[0017]
The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to provide a highly reliable laser device that can always accurately and accurately grasp the degree of degradation of the LD in the LD-excited solid-state laser device. It is to provide. In particular, in a solid-state laser device equipped with many tens to hundreds of LDs, a highly reliable laser device capable of grasping and detecting the degree of deterioration of LD and its deteriorated portion with an accurate and simple configuration Is to provide.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a simple method for correcting and adjusting the degree of excitation of the solid-state laser medium in accordance with the degree of deteriorated LD.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a solid-state laser medium that absorbs excitation light and generates or amplifies light of a predetermined wavelength, and the excitation light generated and generated directly or through an optical element. In a solid-state laser device having at least a semiconductor laser light source to be introduced into the laser medium, the output mirror or the resonator disposed opposite to the solid-state laser medium in the laser resonator constituting the solid-state laser device and the end face of the solid-state laser medium A fluorescence detecting means for detecting the amount of fluorescence generated from the solid-state laser medium at a position near the optical axis of the laser oscillation light generated in the resonator between the resonator mirror and at a position not blocking the optical axis; The fluorescence detection means is an optical means disposed in the vicinity of the optical axis of the laser oscillation light and at a position not blocking the optical axis, and a light detection for detecting the fluorescence guided to the optical means. From now, by comparing the amount with a predetermined value or previously measured values of fluorescence emitted from the solid-state laser medium that has been detected by the fluorescence detection means, the deterioration condition of the semiconductor laser light source of Diagnosis I do Is.
[0020]
The LD deterioration detection in the present invention is to measure the amount of fluorescence emitted from the laser medium, not the laser oscillation light. Since the amount of fluorescence is proportional to the amount of excitation light absorbed in the laser medium, the effect and information of the change in the amount of absorption due to the change in wavelength are also included. In particular, in the case of LD, the wavelength varies depending on the operating temperature. Since it changes greatly, it is possible to know the state of excitation and the state of wavelength change due to degradation of the LD more accurately than simply measuring the amount of excitation light emitted from the LD.
[0021]
In addition, the amount of light of fluorescence is not affected at all by the misalignment or dirt of the resonator mirror. Although the laser medium itself is deteriorated or damaged, the coating film becomes dirty, etc., but the degree is much smaller than the change of the laser oscillation light. This is because fluorescence is emitted from the entire laser medium irradiated with excitation light, and is less susceptible to local changes than laser oscillation light.
[0022]
However, unlike laser light, fluorescence has weak directivity, and when generated, it spreads and dissipates quickly while propagating. Therefore, it is desirable that the detection be performed as close to the laser medium as possible. The outer periphery of the solid-state laser medium is usually covered with a metal or the like to block the fluorescence, but the laser medium is optically exposed near the optical axis of the laser oscillation light, and the fluorescence can always be observed. However, even in the vicinity of the optical axis, the fluorescence is reflected by the mirror of the resonator outside the resonator, so it is desirable to measure within the laser resonator.
[0023]
Here, when measuring the amount of fluorescence in the resonator, the optical measuring instrument for measurement or the optical means for guiding the fluorescence to it, or the photodetector itself blocks the optical axis of the laser oscillation light. Since the laser oscillation itself is hindered, it is necessary to make it close enough not to block the optical axis in order to always detect the amount of fluorescence in the operating state.
[0024]
The inventor of the present application has actually obtained a prototype of a laser device and found experimentally that the excitation distribution of the excitation light in the laser medium is determined by determining the mechanical position configuration of the LD and the laser medium. Alternatively, it is only necessary to detect the relative value, and it is not necessary to detect the excitation distribution itself with a CCD camera. Further, if the amount of fluorescence is measured, the efficiency of excitation can be understood. It was found that the state was always kept constant. Therefore, it is not necessary to detect the amount of fluorescence on the optical axis of the laser beam, and it may be detected at a location far enough not to block the optical axis of the laser beam by utilizing the fact that the spread is larger than that of the laser beam. Moreover, since the ratio with the whole fluorescence amount is always kept constant by always measuring at the same position, the entire state of excitation can be accurately known.
[0025]
In the present invention, the excitation light may be introduced from a direction substantially orthogonal to the optical axis of the laser oscillation light.
[0026]
When irradiating excitation light from many LDs with a solid-state laser medium, the optical axis of the excitation light is arranged perpendicular to the optical axis of the laser oscillation light in the solid-state laser medium and along the optical axis of the oscillation light The so-called side excitation method is effective. In the present invention, the excitation light from the LD is not directly measured, but the amount of fluorescence from the solid laser medium is measured. Measurement is possible without depending on the excitation method, and the present invention can be applied even when the optical axis of the excitation light is set perpendicular to the optical axis of the laser oscillation light in the solid-state laser medium.
[0027]
In the present invention, the optical means includes a mirror that reflects the fluorescence emitted from the solid-state laser medium, and the fluorescence reflected by the mirror propagates in space and is disposed at a predetermined position. It can be set as the structure which injects into the said photodetector.
[0028]
When the photodetector is directly brought close to the laser oscillation optical path in the laser resonator, the photodetector may not be brought close due to the shape and size of the photodetector, or the installation position may be restricted. Therefore, the photodetector is installed at a position away from the optical axis of the laser oscillation light, the fluorescence from the laser medium is irradiated on the optical axis of the laser oscillation light, and the irradiated fluorescence is reflected toward the photodetector. By providing the means, fluorescence can be detected without bringing the direct photodetector close to the laser oscillation optical path.
[0029]
In the present invention, the optical means includes a medium transparent at the wavelength of the fluorescence, and the fluorescence incident from one end of the medium propagates through the medium and is disposed at the other end. It can also be set as the structure which injects into a photodetector.
[0030]
Since fluorescence is weak in directivity, when it is spatially propagated to a photodetector installed at a position distant from the vicinity of the laser oscillation optical path, it may spread rapidly and a sufficient amount of light may not be obtained for detection. Therefore, use a transparent medium at the wavelength of the fluorescence, place a part of the medium close to the laser oscillation optical path, and arrange a photodetector to receive the fluorescence propagated in the medium in another part. Thus, the fluorescence is confined in the medium and propagated so that the fluorescence does not diffuse or dissipate significantly until it reaches the photodetector. At this time, the portion of the medium that is brought close to the laser oscillation optical path can be easily inserted into or brought close to the laser optical path in the narrow laser resonator by processing it thinly or thinly. Furthermore, the shape of the part of the medium that is close to the laser oscillation optical path is introduced into the medium efficiently, and the surface of the medium is processed so that it efficiently propagates to the photodetector, or the surface is coated with a predetermined reflectivity. May be.
[0031]
Also, in the present invention, the optical means is formed so as to surround the periphery of the optical axis in a part of the optical path of the laser oscillation light, and the fluorescence incident from the end of the opening provided in the optical means. However, it can also be set as the structure guide | induced to the said photodetector arrange | positioned in the predetermined position of an outer peripheral side edge part. By disposing a transparent medium at the fluorescence wavelength so as to surround the periphery of the optical axis, even weak fluorescence can be effectively collected, taken out and detected.
[0032]
Further, in the present invention, the opening may be set smaller than the diameter of the laser medium. Enclose the medium sufficiently close to the oscillation optical axis in the laser resonator, and simultaneously control the oscillation mode of the laser oscillation light and separate the return light from outside the resonator by detecting the fluorescence. Can do. For example, Japanese Patent Application No. 10-253116 describes a non-absorbing circular aperture that is arranged on the laser beam path and separates the main beam and the stray light component of the laser beam. By disposing a photodetector in the vicinity of the light, it is possible to simultaneously detect fluorescence propagating through the aperture.
[0033]
In the present invention, the transparent medium is preferably formed using glass as a base material. If glass is used as a base material, the shape can be easily processed at a low cost, and the inside can be propagated to a photodetector without absorption of fluorescence.
[0034]
Moreover, in this invention, it can also be set as the structure provided with the filter which selectively attenuates the light of the wavelength of the said excitation light on the optical path of the said fluorescence which reaches the said photodetector.
[0035]
Depending on the form of excitation, there is a possibility that excitation light will be mixed into the light receiving surface for detecting fluorescence emitted from the solid-state laser medium at the same time. When the laser oscillation optical axis and the optical axis of the excitation light are parallel, a large amount of excitation light that has not been absorbed in the laser medium escapes out of the laser medium, and simultaneously with the fluorescence from the laser medium, There is a possibility of mixing.
[0036]
In this case, for example, when the wavelength of the excitation light changes and deviates from the absorption wavelength of the laser medium, the excitation light is externally absorbed due to a decrease in absorption in the solid-state laser medium, although the amount of fluorescence from the laser medium decreases. As a whole, the amount of light that leaks to the light receiving surface of the photodetector greatly changes depending on the sum of the amounts of both, and is detected in an increased manner. Therefore, the correct information that the fluorescence itself has decreased cannot be transmitted. Therefore, by providing a filter that selectively attenuates the light having the wavelength of the excitation light on the optical path where the fluorescence reaches the light receiving surface of the photodetector, only the fluorescence can be selectively received.
[0037]
Further, in the present invention, a wavelength of a fluorescence emission line spectrum that is not used for laser oscillation among the fluorescence emitted from the solid-state laser medium is selectively transmitted on the fluorescence optical path reaching the photodetector. It can also be set as the structure provided with a filter.
[0038]
When oscillation of the solid-state laser device starts, the light receiving surface of the photodetector that detects the reflected light or guided light near the optical axis, or reflected light from that position, may not only emit fluorescence but also very strong oscillating light depending on the installation position. When scattered light is irradiated and the output of the detector is saturated or the gain of the signal amplifier is lowered to avoid saturation, the fluorescence intensity before oscillation may not be measured with sufficient accuracy. Furthermore, when the oscillation light incident on the photodetector is very strong, the photodetector itself may be destroyed or the performance may be deteriorated.
[0039]
Therefore, by utilizing the fact that the fluorescence emitted from the solid-state laser medium originally has a spread, a detector that transmits only the wavelength of the spectrum that is not used for laser oscillation is provided, so that even if the laser medium oscillates, the detector Since the amount of fluorescence incident on the light does not increase significantly, the photodetector will not be saturated or destroyed.
[0040]
Further, in the present invention, the semiconductor laser light source includes a plurality of semiconductor laser elements, a power source that drives the plurality of semiconductor laser elements into a predetermined number of groups, and a control unit that controls a driving current of the power source. The drive current for each group can be adjusted by the control means in accordance with the intensity of the fluorescence detected by the photodetector.
[0041]
As described in the above conventional example, when a large number of LDs are used simultaneously for excitation in a solid-state laser device, several to several tens of LDs are electrically connected in series as one group. Although it is common to drive, solid-state lasers when not only driving in groups but also configuring an electrical circuit so that each unit can operate independently for each group power supply and driving each independently By measuring the amount of fluorescence from the medium, it is possible to individually detect and control the operating conditions such as the output and wavelength of individual LDs or LDs within a group. Can be identified.
[0042]
In addition, by exchanging only the failed LD and the minimum number of group LDs including it, the laser device can be restored without exchanging other normal LDs and all the included LDs to the normal group LDs. Therefore, the replacement and maintenance work of the LD is greatly facilitated, and the cost of parts such as the LD at the time of replacement can be reduced because the LD to be replaced may be the minimum necessary.
[0043]
Furthermore, the intensity of the fluorescence generated from the solid-state laser medium detected at the time of individually driving the electric circuit of each LD or group of LDs not only when the LD fails but also when it deteriorates slightly. By providing a control circuit that changes the drive current of each LD light source or its group according to the above, it is possible to always return the excitation state to the solid laser medium to a constant state or an initially set stable state. I can do it. In addition, differences in the absorption efficiency of excitation light caused by variations in the individual output and oscillation wavelength inherent in an LD can be minimized by practically controlling the drive current from the fluorescence intensity at the time of excitation of the LD. It is possible to correct within the range.
[0044]
In addition, it is not necessary to control the drive current of each LD independently, and a circuit configuration in which up to about 20 single LDs can be driven by a single power source as a group, and individual LDs can be driven individually. Don't do it. As a result, a small and highly reliable power supply can be configured, and even if there is a defect in the electronic components of the power supply, damage to the LD caused by the failure can be minimized.
[0045]
The present invention also provides a method for diagnosing the deterioration state of the semiconductor laser light source by the laser device as well as the semiconductor laser pumped solid laser device having the above configuration.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a preferred embodiment of the semiconductor laser excitation solid-state laser device according to the present invention, the laser rod, the semiconductor laser element that generates excitation light, and the vicinity of the laser optical axis in the laser resonator and does not block the optical axis. At least optical means such as a reflection mirror and an optical waveguide medium provided at a position and a photodetector for detecting fluorescence, and the amount of fluorescence generated from the solid-state laser medium is detected by the light detection means, and the amount of fluorescence Is compared with a predetermined value or a previously measured value to constantly diagnose the deterioration status of the semiconductor laser light source.
[0047]
【Example】
In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0048]
[Example 1]
First, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid-state laser device according to a first embodiment of the present invention, which irradiates LD excitation light along a laser oscillation optical axis in a laser medium. In the configuration of so-called end face excitation, the state of a cross section in the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown.
[0049]
As shown in FIG. 1, the excitation light 4 (wavelength 808 nm) emitted from a plurality of stacked semiconductor laser elements 2 (for example, a stack of five elements with an output of 40 W and a light emission width of 1 cm) passes through a condensing optical system 3 to form a cylindrical shape. The Nd: YAG laser rod 1 (for example, Nd concentration 1.0% at, rod diameter 3 cm, length 5 cm) is irradiated into the laser rod 1 through the end face 1a. On the opposite end face 1b of the laser rod 1, for example, a dielectric multilayer film having a reflectance of 95% or more with respect to the excitation light 808nm and 0.2% or less with respect to the laser oscillation wavelength 1064nm is formed. The excitation light 4 that has not been absorbed by the laser rod 1 is again reflected inside the laser rod 1 by the end face 1b.
[0050]
The solid-state laser oscillator of this embodiment is disposed with a reflective film coated so as to resonate at the end face 8a of the output mirror 8 (for example, concave radius of curvature 1 m) provided facing the end face 1a on which the excitation light of the laser rod is incident. The optical axis 5 of the laser oscillation light is formed. Specifically, for example, a dielectric multilayer film having a reflectance of 95% or more with respect to the excitation light 808 nm and a reflectance of 99% or more with respect to the laser oscillation wavelength 1064 nm is formed on the end face 1a, and the end face 8a is provided with the end face 8a. A dielectric multilayer film having a reflectivity of 90% with respect to the laser oscillation wavelength of 1064 nm is formed.
[0051]
On the other hand, the semiconductor photodetector 7 using Si or the like as a base material is installed in the vicinity of the optical axis 5 in the resonator and at a position that does not block the optical axis. The excitation light 4 irradiated from the semiconductor laser element 2 is absorbed in the laser rod 1, and fluorescence 6 is generated from the absorbed region. The fluorescence 6 diffuses in all directions, but a part of the fluorescence diffuses to the outside through the end face 1b on the resonator side of the laser rod 1 and reaches the semiconductor photodetector 7 as shown in FIG.
[0052]
Since the fluorescence 6 spreads uniformly in all directions from the absorbed region, if the position of the laser rod 1 or the semiconductor photodetector 7 does not change, the change in the amount of fluorescence detected by the semiconductor photodetector 7 is The total amount of fluorescence 6 generated from the entire laser rod 1, that is, the amount of absorption of the excitation light 4 is approximately proportional. The most typical cause of the decrease in the amount of absorption of the pumping light 4 is a decrease in pumping light output due to deterioration of the semiconductor laser element. Although there are few, there are dirt and breakage of condensing optical system 3, damage of laser rod 1, etc.
[0053]
As a specific procedure for detecting deterioration of the semiconductor laser element 2, the semiconductor photodetector 7 detects the amount of fluorescence when the semiconductor laser element 2 is driven with a specific drive current in an initial state where the semiconductor laser element 2 is not deteriorated. The semiconductor laser device 2 is driven with the same drive current after a lapse of a certain time or as necessary, and the deterioration state of the semiconductor laser device 2 is grasped by comparing with the fluorescence intensity detected at that time. I can do it.
[0054]
The driving current of the semiconductor laser element 2 at this time is advantageously selected to be lower than the driving current value at which the solid-state laser oscillates. Of course, it is possible to detect the amount of fluorescence even when the solid-state laser is oscillating, but in the state where the solid-state laser oscillates, it may not be possible to judge the degree of absorption of the excitation light simply by the amount of fluorescence. come. This is because when the solid-state laser oscillates, the absorbed excitation light energy is also consumed as the oscillation light. For example, if there is a failure in the solid-state laser resonator such as mirror contamination or misalignment, the absorbed excitation energy Although the rate of conversion to laser light is reduced and instead emitted as fluorescence, the amount of fluorescence detected increases, but this does not reflect the state of the excitation light. If the driving current of the semiconductor laser element 2 is selected to be lower than the driving current value oscillated by the solid-state laser, almost all of the energy absorbed in the laser rod 1 is converted into the fluorescence 6. It can be determined that the degree of is always proportional.
[0055]
As will be described later, when the semiconductor laser element 2 or a group of the semiconductor laser elements 2 is configured to be able to be driven by a plurality of independent power sources or independently, and when they are driven alone, In the case where the solid-state laser device excited by is not oscillated, each of the semiconductor laser elements 2 or a group thereof is driven independently, set to a specific current value, and the fluorescence intensity is measured. The deterioration status of the semiconductor laser element 2 or its group can be grasped independently.
[0056]
[Example 2]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 and FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the LD-pumped solid state laser device according to the second embodiment. In the configuration in which the pumping light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown. FIG. 13D is a cross-sectional view showing another configuration of the mirror that reflects fluorescence.
[0057]
As shown in FIG. 2, a plurality of semiconductor laser elements 20a to 20h (each having an output of 40 W) are arranged along the longitudinal direction of the Nd: YAG laser rod 10 (for example, Nd concentration 0.7% at, rod diameter 5 cm, length 10 cm). The excitation light 40a to 40h (wavelength 809 nm) emitted therefrom is shaped through the optical systems 30a to 30h and irradiated to the laser rod 10.
[0058]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. End faces 80a and 81a facing the laser rods 10 have dielectric properties having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A body multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 80% is also formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rod 10 form a laser oscillation optical axis indicated by 50 in the figure. For example, an antireflection film having a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end faces 10 a and 10 b where the laser optical axis 50 and the laser rod 10 are in contact with each other so as not to reflect and disperse the solid laser oscillation light. Yes.
[0059]
In the vicinity of the optical axis 50 in the laser resonator and at a position where the optical axis is not blocked, for example, a reflection mirror 71 having a reflectivity of 97% with respect to a wavelength of 1064 nm is disposed and emitted from the laser rod 10. The angle is adjusted so that the fluorescence 60 thus reflected is reflected toward the semiconductor photodetector 70. As a mirror that reflects the fluorescence 60, a parabolic mirror 96 as shown in FIG. 13 (d) can be used. In this case, the apparatus is a large scale, but the fluorescent light 60 in a wide range can be efficiently semiconductorized. The light can be condensed on the light detection unit 70 and is suitable for a system that detects the fluorescence 60 with high sensitivity.
[0060]
[Example 3]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of an LD-excited solid-state laser device according to the third embodiment. In the configuration in which the excitation light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown.
[0061]
As shown in FIG. 3, a plurality of semiconductors surround the laser rod 10 along the side surface and the longitudinal direction of the Nd: YAG laser rod 10 (for example, Nd concentration 0.7% at, rod diameter 5 cm, length 10 cm). Laser elements 20a to 20h are arranged, and excitation lights 40a to 40h (wavelength 809 nm) emitted therefrom are shaped through the optical systems 30a to 30h and irradiated to the laser rod 10.
[0062]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. End faces 80a and 81a facing the laser rods 10 have dielectric properties having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A body multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 80% is also formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rod 10 form a laser oscillation optical axis indicated by 50 in the figure. Further, for example, an antireflection film having a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end faces 10a and 10b where the laser optical axis and the laser rod 10 are in contact so as not to reflect and disperse the solid laser oscillation light. .
[0063]
A medium 72 (for example, quartz glass) that is transparent to a wavelength of 1064 nm is disposed in the vicinity of the optical axis 50 in the laser resonator and at a position that does not block the optical axis, and fluorescence emitted from the laser rod 10. The angle is adjusted to reflect 60 toward the semiconductor photodetector 70. Specifically, the fluorescence 60 emitted from the laser rod 10 passes through the surface 72a of the optical waveguide medium 72 facing the laser rod 10, and is reflected by the surface 72b having an angle of about 45 degrees with respect to the fluorescence 60 that has traveled straight. Then, the light propagates through the optical waveguide medium 72, is emitted from the surface 72c, and reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70 disposed close to the surface 72c.
[0064]
By detecting the fluorescence 60 through the transparent optical waveguide medium 72 in this way, it is not necessary to bring the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70 directly close to the optical path of the laser, and thus the degree of freedom of arrangement of the semiconductor photodetector 70. For example, even when the distance between the laser rod 10 and the resonator mirror 81 is narrow and it is difficult to insert the semiconductor photodetector 70, the fluorescent light 60 can be efficiently transferred to the semiconductor photodetector 70 by inserting a small medium 72. Can be detected.
[0065]
[Example 4]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid-state laser device according to the fourth embodiment. In the configuration in which the pumping light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown.
[0066]
As shown in FIG. 4, a plurality of semiconductor laser elements 20a to 20d are arranged along the longitudinal direction of the rhombic Nd: YAG laser slab 15 (for example, Nd concentration 0.7% at, slab width 5 cm, length 10 cm). Excitation light 40a to 40d (wavelength 809 nm) emitted therefrom is shaped through the optical systems 30a to 30d and irradiated to the laser crystal.
[0067]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. The end faces 80a and 81a facing the solid-state laser slab 15 have, for example, specific reflection with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A dielectric multilayer film having a refractive index is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 80% is also formed on the 81a. These two mirrors 80 and 81 and the solid-state laser slab 15 form a zigzag laser oscillation optical axis 51 shown in the drawing. The laser oscillation light passes through the end faces 15a and 15b inclined at the Brewster angle with respect to the optical axis, and proceeds while being totally reflected by the end face 15d excited by the semiconductor laser element in the slab and the facing 15c.
[0068]
A medium 72 that is transparent to a wavelength of 1064 nm is disposed in the vicinity of the optical axis 51 in the laser resonator and at a position that does not block the optical axis, and the fluorescence 60 emitted from the solid-state laser slab 15 is converted into the semiconductor light. The angle is adjusted to reflect toward the detector 70.
[0069]
[Example 5]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 13A to 13C, and FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid-state laser device according to the fifth embodiment. In the configuration in which the pumping light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown. FIGS. 13A to 13C are diagrams schematically showing the detailed structure and variations of the optical waveguide medium, and FIG. 14 schematically shows another structure of the semiconductor laser pumped solid-state laser device. It is a figure.
[0070]
As shown in FIG. 5, a plurality of Nd: YAG laser rods 10 (for example, Nd concentration 0.7% at, rod diameter 5 cm, length 10 cm) are arranged so as to surround the laser rod 10 along the side surface and the longitudinal direction. Semiconductor laser elements 20a to 20h are disposed, and excitation lights 40a to 40h (wavelength 808 nm) emitted therefrom are shaped through the optical systems 30a to 30h and irradiated to the laser rod 10.
[0071]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. End faces 80a and 81a facing the laser rods 10 have dielectric properties having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A body multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 80% is also formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rod 10 form a laser oscillation optical axis indicated by 50 in the figure. Further, an antireflection film having a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end faces 10a and 10b where the laser optical axis and the laser rod 10 are in contact so as not to reflect and disperse the solid laser oscillation light.
[0072]
A medium 73 transparent to a wavelength of 1064 nm is disposed in the vicinity of the optical axis 50 in the laser resonator and at a position where the optical axis is not blocked. The medium 73 surrounds the optical axis 50 and has a rotationally symmetric shape around the optical axis, and the semiconductor photodetector 70 is close to the outside of the side surface. As shown in the figure, a triangular protrusion is formed on the surface of the medium 73 facing the optical axis, and the fluorescence 60 emitted from the laser rod 10 is introduced into the medium 73 through the surface 73a and reflected internally. Then, it propagates outward and finally reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70.
[0073]
More specifically, as shown in FIG. 13A, the optical waveguide medium 73 is formed in a disk shape having an opening in the central portion through which the laser light 90 passes, and has a predetermined inclination angle in the vicinity of the opening. A fluorescent incident end face 73a is provided, and a total reflection film 93 made of a metal, a dielectric film or the like is provided in a region other than the semiconductor photodetector 70 on the outer periphery, and the fluorescence 60 incident from the end face 73a is a medium 73. , And is reflected by the total reflection film 93 at the outer peripheral portion and finally enters the semiconductor photodetector 70.
[0074]
The shape of the optical waveguide medium is not limited to a disc shape, and may be a polygonal shape, an elliptical shape, or the like. For example, in the case of the trapezoid shown in FIG. 13B, the fluorescence 60 incident from the fluorescence incident end face 94a propagates toward the outer periphery of the optical waveguide medium 93, and the outer periphery other than the side where the semiconductor photodetector 70 is disposed. Then, the light is reflected by the total reflection film 93 provided on the semiconductor light detector 70 and finally enters the semiconductor photodetector 70. 13C, the center of the opening of the optical waveguide medium 95 and the laser optical axis 50 are arranged at the first focal point of the ellipse, and the semiconductor photodetector 70 is arranged at the second focal point. By doing so, all the fluorescence 60 reflected by the total reflection film 93 can be detected by the semiconductor photodetector 70. Further, in the above structure, the reflection of the fluorescence 60 can be suppressed by providing the non-reflective film 97 on the surface of the optical waveguide medium facing the semiconductor photodetector 70, and the fluorescence 60 can be efficiently guided to the semiconductor photodetector 70. Become.
[0075]
By arranging the transparent medium 73 so as to surround the periphery of the optical axis in this way, the amount of fluorescence 60 that can be introduced into the medium 73 is increased, and the amount of fluorescence 60 reaching the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70 is increased. I can do it. In addition, since it is not necessary to bring the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70 close to the optical path of the laser directly, the degree of freedom of arrangement of the semiconductor photodetector 70 is high. Even when it is difficult to insert the detector 70, the fluorescence 60 can be guided to the semiconductor photodetector 70 and detected by inserting the thin medium 73.
[0076]
As shown in FIG. 14, a plurality of semiconductor photodetectors 70 may be formed side by side so as to surround the disk-shaped medium 73, and by comparing the outputs from the plurality of semiconductor photodetectors 70. , The axis of laser emission Symmetry In addition, it is also possible to specify a detailed part of deterioration.
[0077]
[Example 6]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a sixth example of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser device according to the sixth embodiment. In the configuration in which the LD excitation light is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown.
[0078]
As shown in FIG. 6, a plurality of semiconductors surround the laser rod 10 along the side surface and the longitudinal direction of the Nd: YAG laser rod 10 (for example, Nd concentration 0.7% at, rod diameter 5 cm, length 10 cm). Laser elements 20a to 20h are arranged, and excitation lights 40a to 40h (wavelength 808 nm) emitted therefrom are shaped through the optical systems 30a to 30h and irradiated to the laser rod.
[0079]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. End faces 80a and 81a facing the laser rods have a dielectric having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 80% is also formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rod 10 form a laser oscillation optical axis indicated by 50 in the figure. For example, an antireflection film having a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end faces 10 a and 10 b where the laser optical axis 50 and the laser rod 10 are in contact with each other so as not to reflect and disperse the solid laser oscillation light. Yes.
[0080]
A medium 74 that is transparent to a wavelength of 1064 nm is disposed in the vicinity of the optical axis 50 in the laser resonator and at a position that does not block the optical axis. The medium 74 has a rotationally symmetric shape around the optical axis so as to surround the optical axis 50, and the semiconductor photodetector 70 is close to the outside. As shown in the figure, a triangular protrusion is formed on the surface of the medium 74 facing the optical axis, and the fluorescence 60 emitted from the laser rod 10 is diffracted or reflected through the surface 74 a and propagates into the medium 74. Finally, it reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70.
[0081]
By disposing the transparent medium 74 so as to surround the periphery of the optical axis in this way, the amount of fluorescence 60 that can be introduced into the medium is increased, and the amount of fluorescence 60 that reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70 is increased. I can do it. Further, since it is not necessary to bring the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70 close to the optical path of the laser directly, the degree of freedom of arrangement of the semiconductor photodetector 70 is high. For example, the distance between the laser rod 10 and the resonator mirror 81 is narrow and the semiconductor light Even when it is difficult to insert the detector 70, the fluorescence 60 can be detected by inserting the thin medium 74.
[0082]
Further, the diameter of the hole through which the optical axis of the medium 74 passes is about 3.5 mm, which is set smaller than the outer diameter of the laser rod 10. For this reason, at the time of laser oscillation, a component having a large beam divergence angle or a wide beam diameter and a poor beam quality is subjected to a large optical loss when passing through the medium 74 and is finally emitted from the mirror 81 because the oscillation is inhibited. The quality of the laser beam 90 can be improved. Improvement of the laser beam quality can be realized simultaneously with the detection of the fluorescence intensity.
[0083]
[Example 7]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a seventh embodiment of the present invention is described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid-state laser device according to the seventh embodiment. In the configuration in which the pumping light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown.
[0084]
As shown in FIG. 7, a plurality of semiconductors surround the laser rod 10 along the side surface and the longitudinal direction of the Nd: YAG laser rod 10 (for example, Nd concentration 0.7% at, rod diameter 5 cm, length 10 cm). Laser elements 20a to 20h are arranged, and excitation lights 40a to 40h (wavelength 808 nm) emitted therefrom are shaped through the optical systems 30a to 30h and irradiated to the laser rod 10.
[0085]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81, and end surfaces 80a and 81a facing the laser rods have dielectric properties having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A body multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 80% is also formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rod 10 form a laser oscillation optical axis indicated by 50 in the figure. Further, for example, an antireflection film having a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end faces 10a and 10b where the laser optical axis 50 and the laser rod 10 are in contact with each other so as not to reflect and disperse the solid laser oscillation light. ing.
[0086]
Media 72 and 74 transparent to a wavelength of 1064 nm are disposed in the vicinity of the optical axis 50 in the laser resonator and close to the mirrors 80 and 81 at positions where the optical axis is not blocked. The medium 72 is disposed so that the fluorescence 60a emitted from the end face 10a of the laser rod 10 propagates in the medium and is guided to the adjacent photodetector 70a, while the medium 74 surrounds the periphery of the optical axis 50. Thus, it has a rotationally symmetric shape around the optical axis, and the semiconductor photodetector 70b is close to the outside. As shown in the figure, a triangular protrusion is formed on the surface of the medium 74 facing the optical axis, and the fluorescent light 60b emitted from the laser rod 10 is diffracted or reflected by the surface and propagated into the medium 74. Finally, it reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 70b.
[0087]
When the laser rod 10 is long and the number of arrangements of semiconductor laser elements increases, the fluorescence of the LD or the excitation region of the laser rod 10 that is farther from the semiconductor photodetector is dissipated because the fluorescence has less directivity. However, by disposing the semiconductor photodetectors on both end surfaces with the laser rod 10 interposed therebetween, information on the semiconductor laser element or the excitation region far from one of the detectors can be obtained more accurately.
[0088]
[Example 8]
Next, a semiconductor laser pumped solid state laser device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser device according to the eighth embodiment. In the configuration in which the pumping light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown. FIG. 9 is a diagram illustrating the transmission characteristics of the excitation light blocking filter, and FIG. 10 is a diagram illustrating the transmission characteristics of the narrow-band transmission filter that extracts only the wavelength component that does not contribute to oscillation.
[0089]
As shown in FIG. 8, the excitation light 4 (wavelength 808 nm) emitted from a plurality of stacked semiconductor laser elements 2 (for example, a stack of five elements with an output of 40 W and a light emission width of 1 cm) passes through the condensing optical system 3 to form a cylindrical shape. The laser rod 1 is irradiated through the end face 1a of the Nd: YAG laser rod 1 (for example, Nd concentration 0.8% at, rod diameter 3 cm, length 5 cm).
[0090]
On the opposite end face 1b of the laser rod 1, for example, a dielectric multilayer film having a reflectance of 95% or more with respect to the excitation light 808nm and 0.2% or less with respect to the laser oscillation wavelength 1064nm is formed. The excitation light that has not been absorbed by the laser rod 1 is reflected again by the end face 1 b and returned to the laser rod 1.
[0091]
The solid-state laser oscillator of this embodiment is disposed with a reflection film coating so as to resonate at the end face 8a of the output mirror 8 provided opposite to the end face 1a on which the excitation light 4 of the laser rod 1 is incident. The optical axis 5 is formed. Specifically, for example, a dielectric multilayer film having a transmittance of 95% or more with respect to the excitation light 808 nm and a reflectance of 99% or more with respect to the laser oscillation wavelength 1064 nm is formed on the end face 1a. Similarly, a dielectric multilayer film having a reflectivity of 90% with respect to the laser oscillation wavelength of 1064 nm is formed on the end face 8a.
[0092]
A medium 72 that is transparent to a wavelength of 1064 nm is disposed in the vicinity of the optical axis 5 in the laser resonator and at a position that does not block the optical axis. The medium 72 has a rotationally symmetric shape around the optical axis so as to surround the optical axis 5, and the semiconductor photodetector 7 is close to the outside. As shown in the figure, a triangular protrusion is formed on the surface of the medium 72 facing the optical axis, and the fluorescence 6 emitted from the laser rod 1 is diffracted or reflected by the surface and propagated into the medium 72. Finally, it reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 7.
[0093]
By arranging the transparent medium 73 so as to surround the periphery of the optical axis 5 in this way, the amount of fluorescence 6 that can be introduced into the medium 73 increases, and the amount of fluorescence 6 that reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector 7 is increased. Can be increased. Further, since it is not necessary to bring the light receiving surface of the semiconductor photodetector 7 close to the optical path of the laser directly, the degree of freedom of arrangement of the semiconductor photodetector 7 is high. For example, the distance between the laser rod 1 and the resonator mirror 8 is narrow and the semiconductor light Even when it is difficult to insert the detector 7, the fluorescence 6 can be detected by inserting the thin medium 72.
[0094]
Further, between the side surface of the medium 73 and the semiconductor photodetector 7, an excitation light blocking filter (for example, HOYA RM100) 75 that absorbs the wavelength of the excitation light 4 and transmits only the fluorescence 6 emitted from the laser rod 1. And a narrow-band transmission filter (interference filter) 76 that transmits only the wavelength component that does not contribute to laser oscillation in the fluorescence 6 is inserted, and the semiconductor photodetector 7 has a wavelength that does not contribute to laser oscillation in the fluorescence 6. Only light arrives and is detected. By providing two filters in this way, it is possible to accurately and reliably measure the amount of fluorescence generated by absorbing the excitation light, not the excitation light itself.
[0095]
FIG. 9 is a diagram showing an example of transmission characteristics of the excitation light blocking filter 75 that cuts excitation light and transmits only fluorescence. As can be seen from the figure, the transmittance is as low as less than 5% in the vicinity of the excitation light of 808 nm, and conversely, the transmittance is high in the vicinity of the fluorescence wavelength of 1064 nm. Examples of such a filter include R85 or RM100 manufactured by HOYA. Further, a dielectric multilayer film having the same permeability may be used instead of the absorption type filter.
[0096]
FIG. 10 is a diagram showing an example of the transmission characteristics of the narrow-band transmission filter 76 that extracts only the wavelength component that does not contribute to the oscillation among the fluorescent components emitted from the laser rod 1. As can be seen from the figure, only the 946 nm component of the fluorescent component is transmitted, and light in the vicinity of 1064 nm that mainly contributes to oscillation is not transmitted. Such characteristics can be easily realized by using an interference filter. Of course, a band-pass filter using a dielectric multilayer film may be used instead of the interference filter. Further, the transmission wavelength may be in the vicinity of 1310 nm, which is another emission spectrum of Nd: YAG.
[0097]
In the present embodiment, the configuration in which the excitation light blocking filter 75 and the narrow band transmission filter 76 are provided between the optical waveguide medium 73 and the semiconductor photodetector 7 is described. However, the optical waveguide medium 73 itself is light having a specific wavelength. It is also possible to have a filter function by forming a material that permeates or absorbs. It is also possible to finely divide the band of the narrow-band transmission filter 76 in the vicinity of the fluorescence wavelength and detect a shift in the fluorescence wavelength that changes according to the deterioration of the laser rod 1.
[0098]
[Example 9]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a ninth embodiment of the present invention is described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid-state laser device according to the ninth embodiment, in which a plurality of LD-pumped lights are emitted along the laser oscillation optical axis of a plurality of laser media arranged in series. 2 shows a cross section in a direction along the optical axis direction of the laser oscillation light.
[0099]
As shown in FIG. 11, the side and longitudinal sides of three Nd: YAG laser rods 10, 11, and 12 (for example, Nd concentration 0.7% at, rod diameter 5 cm, each length 10 cm) arranged in the longitudinal direction. A plurality of semiconductor laser elements 20a to 20h, 21a to 21h, and 22a to 22h are arranged along the direction, and excitation lights 40a to 40h, 41a to 41h, and 42a to 42h (wavelength 808 nm) emitted therefrom. Are shaped through the optical systems 30a to 30h, 31a to 31h, and 32a to 32h, respectively, and irradiated to the laser rods 10, 11, and 12.
[0100]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. End faces 80a and 81a facing the laser rods have a dielectric having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a partially reflective film of 50% is also formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rods 10 to 12 form a laser oscillation optical axis indicated by 51 in the figure. Further, the end faces 10a to 12a and 10b to 12b where the laser optical axis 51 and the laser rods 10 to 12 are in contact have, for example, a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm so that solid laser oscillation light is not reflected and dissipated. An antireflection film is formed.
[0101]
Transparent media 72a to 72d with respect to the wavelength of 1064 nm are disposed in the vicinity of the optical axis 51 in the laser resonator and at positions where the optical axis is not blocked. Each medium has a rotationally symmetric shape around the optical axis so as to surround the optical axis 51, and the fluorescence 60 a to 62 a and 60 b to 62 b emitted from the end faces of the laser rods 10, 11, 12 are contained in the medium. Are arranged so as to be guided to the photodetectors 70a to 70d that are propagated close to each other. As shown in the figure, a triangular protrusion is formed on the surface of each medium facing the optical axis, and the fluorescence emitted from each laser rod is diffracted or reflected by that surface and propagates into the medium. In particular, it reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector.
[0102]
Specifically, the medium 72a detects the fluorescence 60a generated through the end face 10a of the laser rod 10, and the medium 72b detects the fluorescence 60b or 61a emitted through the end face 10b of the laser rod 10 or the end face 11a of the laser rod 11. The medium 72c detects the fluorescence 61b or 62a emitted through the end face 11b of the laser rod 11 or the end face 12a of the laser rod 12, and the medium 72d is arranged to detect the fluorescence 62b emitted through the end face 12b of the laser rod 12. Yes.
[0103]
When the laser rod is long and the number of semiconductor laser arrays increases, the fluorescence is less directional and the LD or the laser rod excitation region farther from the detector dissipates. By disposing the semiconductor photodetectors on both end face sides with the laser rods 10 to 12 interposed therebetween, it is possible to know the information of the LD or excitation region far from one detector more accurately.
[0104]
Further, between each of the media 72a to 72d and the semiconductor photodetectors 70a to 70d, excitation light blocking filters 75a to 75a that absorb or reflect the wavelength of the excitation light of the semiconductor laser and transmit only the fluorescence emitted from the laser rod. Narrow-band transmission filters 76a to 76d that transmit only 75d and wavelength components that do not contribute to laser oscillation in the fluorescence are inserted, and only light having a wavelength that does not contribute to laser oscillation reaches the semiconductor photodetector. Detected. By providing two filters in this way, it is possible to accurately and reliably measure the amount of fluorescence generated by absorbing the excitation light, not the excitation light itself.
[0105]
[Example 10]
Next, a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser device according to the tenth embodiment. In the configuration in which the pumping light of the LD is irradiated along the laser oscillation optical axis of the laser medium, The state of the cross section of the direction along the optical axis direction of the laser oscillation light is shown.
[0106]
As shown in FIG. 12, a plurality of Nd: YAG laser rods 11 and 12 (for example, Nd concentration: 1.0% at, rod diameter: 5 cm, length: 10 cm) arranged in the longitudinal direction are also plural in the longitudinal direction. Semiconductor laser elements 25a to 25h and 26a to 25h are arranged, and excitation lights 40a to 40h and 41a to 41h (wavelength 809 nm) emitted therefrom are shaped through the optical systems 30a to 30h and 31a to 31h. The laser rod is irradiated.
[0107]
The solid-state laser resonator includes two resonator mirrors 80 and 81. End faces 80a and 81a facing the laser rods have a dielectric having a specific reflectivity with respect to the oscillation light (wavelength 1064 nm) of the solid-state laser. A multilayer film is formed. Specifically, for example, a highly reflective film of 99% or more with respect to a wavelength of 1064 nm is formed on the end face 80a, and a 75% partially reflective film is formed on the 81a. The two mirrors 80 and 81 and the solid laser rods 11 and 12 form a laser oscillation optical axis indicated by 51 in the figure. Further, the end faces 11a, 11b, 12a and 12b where the laser optical axis 51 and the laser rods 11 and 12 are in contact have an antireflection film having a reflectance of 0.2% or less with respect to a wavelength of 1064 nm so as not to reflect and disperse the solid laser oscillation light. Is formed.
[0108]
Transparent media 72a to 72c with respect to a wavelength of 1064 nm are disposed in the vicinity of the optical axis 51 in the laser resonator and at positions where the optical axis is not blocked. Each of the media 72a to 72c has a rotationally symmetric shape around the optical axis so as to surround the optical axis 5, and the semiconductor photodetectors 70a to 70c are close to the outside. As shown in the figure, triangular projections are formed on the surfaces of the media 72a to 72c facing the optical axis, and the fluorescences 60a, 60b, 61a, 61b emitted from the laser rods 11, 12 are diffracted on the surfaces. Alternatively, it is reflected and propagated inside the medium, and finally reaches the light receiving surface of the semiconductor photodetector.
[0109]
When the rods are long and the number of semiconductor laser arrays increases, the fluorescence is less directional and the LD or the excitation region of the rod farther from the detector dissipates. By disposing the semiconductor photodetectors on both side surfaces with 11 and 12 in between, information on the semiconductor laser or the excitation region far from one of the detectors can be obtained more accurately.
[0110]
Further, an excitation light blocking filter that absorbs or reflects the wavelengths of the excitation light 40a to 40h and 41a to 41h and transmits only the fluorescence emitted from the laser rod is provided between the mediums 72a to 72c and the photodetectors 70a to 70c. 75a to 75c and narrowband transmission filters 76a to 76c that transmit only the wavelength component of the fluorescence that does not contribute to laser oscillation are inserted, and the semiconductor photodetectors 70a to 70c have wavelengths that do not contribute to laser oscillation of the fluorescence. Only the light of the arrival is detected. Thus, by providing two filters, the absorption state of the excitation light from the LD can be accurately measured.
[0111]
As shown in the figure, two semiconductor laser elements are connected in series and driven by independent power sources 25a to 26d. Control signals for controlling the current value from the outside are supplied to these power supplies from the interfaces 91a to 91d. Further, the interface is controlled / monitored / recorded by the host control host 92.
[0112]
Next, an example of a basic control flow will be described. In response to a command from the control host 92, a current of 25 amperes is supplied from the power source 25a to the semiconductor laser elements 20a and 20b via the interface 91a. At this time, power supplies other than the power supply 25a are inactive. Excitation lights 40a and 40b from the semiconductor laser elements 20a and 20b are shaped by the optical systems 30a and 30b, and then irradiated to the laser rod 11. The semiconductor laser light is absorbed by the laser rod 11a and emits fluorescence 60a. The fluorescence propagates to the nearest fluorescence detecting transparent medium 72a from the position where the fluorescence is generated, and after propagating through the medium 72a, the excitation light blocking filter 75a for removing the excitation light and the fluorescence component are actually lasers. After passing through the filter 76a that transmits only the component that does not contribute to oscillation, the light reaches the semiconductor photodetector 70a and is detected.
[0113]
At this time, since only the semiconductor laser elements 20a and 20b are driven, the amount of fluorescence detected by the semiconductor photodetector 70a is generated by excitation from the semiconductor laser elements 20a and 20b. Therefore, the amount of fluorescence detected is proportional to the amount of absorption of the excitation light of the semiconductor laser elements 20a and 20b, in other words, a value reflecting the total amount of output light and the wavelength of these semiconductor laser elements.
[0114]
Next, similarly, the semiconductor laser elements 20c and 20d are energized from the power supply 25b through the interface 91b according to a command from the control host 92. The fluorescent light 60b generated at this time is detected by the semiconductor photodetector 70b through the closest distance 72b. The drive current at this time must be selected to a value that does not oscillate the solid-state laser device.
[0115]
In this way, all the drive power supplies 25a to 26d are driven independently in order, and the fluorescence intensity generated at that time is detected by the nearest semiconductor photodetector and recorded in the control host 92. A specific current value, for example, 25 amperes is energized in a reference state, for example, these semiconductor laser elements are new and not deteriorated at all, and the amount of fluorescence at this time is stored in the memory of the control host 92. . Next, after a certain period of time has elapsed, or when an abnormality has occurred in the solid-state laser output, all the drive power supplies are again driven in the same manner, and the fluorescence intensity generated at that time is exactly the same by the semiconductor photodetector. To detect. By comparing these values with the original values, it is possible to individually detect the degree of deterioration of each semiconductor laser element. For example, when the amount of fluorescence decreases to 70% or less at the start of use, it may be determined that the semiconductor laser element driven by the power source has deteriorated and replaced.
[0116]
In the above embodiment, Nd: YAG is given as an example of the laser medium. However, any other lasing element such as Yb, Ho, Tm, Cr, Ti may be used, and the base material may be used. In addition, crystals such as YLF, YVO4, GGG, and GSGG may be used, and amorphous substances such as glass and ceramics may be used.
[0117]
Further, as an example of the material of the optical waveguide medium, glass is given as an example, but any material having a high transmittance with respect to excitation light may be used. In particular, if glass having a high refractive index to which lead is added is used, excitation light propagating in the waveguide plate can be efficiently propagated by total reflection. Further, as a transparent material having a high refractive index, a crystal material such as sapphire or YAG not containing a laser element may be used. In addition, the shape of the optical waveguide medium includes a disk shape with a hole, a trapezoidal shape, an elliptical shape, and a parabolic shape. However, any other shape may be used to propagate the fluorescence generated from the laser medium to the photodetector. All within the scope of the claims of this patent. Further, the shape and medium need only be those that do not weaken in the course of propagation as much as possible. Since resin such as plastic may be used, optical fiber may be used. Although the diameter of the laser rod is 5 mm in the embodiment, other diameters may be used, and the optimum diameter and length are selected according to the configuration of the required laser device. The oscillation wavelength of the LD used for excitation may be other than 808 nm, and an optimum wavelength is selected in consideration of the configuration of the laser crystal and the excitation distribution.
[0118]
As the semiconductor laser element, for example, SDL3470S manufactured by SDL of the United States can be used. Alternatively, OPC-A020-MMM-CL manufactured by Optopower of the US or TH-C1720-P manufactured by Tomson-CSF of France may be used. Further, TH-C1720-R (4) of Tomson-CSF, France, in which four semiconductor laser elements are arranged in advance in an array, may be used. The output of the semiconductor laser element may be 20 W or less for 1 cm, so it may be for 30 W or 40 W. In this case, the semiconductor laser element is used at an output less than half of the rated output, so the life of the semiconductor laser element is 3 to 9 times longer. Thus, the reliability of the solid-state laser device can be improved.
[0119]
In the above embodiment, the excitation light blocking filter that attenuates the light having the excitation light wavelength and the narrow band transmission filter that selectively transmits only the fluorescence emission line wavelength of the solid-state laser medium that does not contribute to the oscillation are used in pairs. If the excitation light does not reach the semiconductor photodetector due to the excitation configuration, the former filter may be omitted, or the filter that selectively transmits only the fluorescence emission line wavelength of the solid laser rod may be omitted. When the transmission wavelength band reaches the wavelength of the excitation light, the former filter may be omitted since the excitation light does not pass through the latter filter. An example of Si was given as the semiconductor photodetector, but Ge, GaAs, InGaAs, or other semiconductor materials may be used. A material that can be detected with the highest sensitivity is selected in accordance with the fluorescence wavelength.
[0120]
If the pumping light does not reach the semiconductor photodetector due to the pumping configuration and the solid-state laser oscillates and the light detector does not degrade the performance due to the oscillation light, omit any filter. Also good. Further, instead of this, for example, an ND filter or a diffuser plate may be inserted so as to attenuate all light so that the photodetector is not deteriorated by the oscillating light.
[0121]
【The invention's effect】
As described above, in a semiconductor laser pumped solid-state laser device that absorbs and amplifies pumping light from a semiconductor laser with a laser rod, a reflection mirror or optical waveguide is positioned in the vicinity of the optical axis in the resonator and without blocking the optical axis. By providing a medium etc. and guiding the fluorescence emitted from the laser rod to the semiconductor photodetector, the excitation state can be accurately grasped, and the state and lifetime of the excitation semiconductor laser can be measured while the laser device is in operation. Can be managed.
[0122]
In the present invention, the excitation light from the semiconductor laser is not directly measured, but the fluorescence from the laser rod is measured. Therefore, the excitation light and the excitation light are not dependent on the positional relationship between the semiconductor laser and the laser rod and the excitation method. The present invention can be applied to both a configuration in which the optical axes of the laser beams are coincident and a configuration in which the optical axes are orthogonal to each other.
[0123]
In the present invention, the semiconductor photodetector for measuring fluorescence does not have to be in the resonator or in the vicinity of the laser optical axis, and may be guided by a reflection mirror or an optical waveguide medium. Even in a narrow case, fluorescence can be detected reliably.
[0124]
In addition, the optical waveguide medium is formed in a donut shape so as to surround the periphery of the optical axis, and the opening diameter inside the optical waveguide medium is made smaller than the diameter of the laser rod, thereby suppressing oscillation of a beam having a large spread angle. In addition, the laser beam quality can be improved simultaneously with the detection of the fluorescence intensity.
[0125]
In the present invention, since an excitation light blocking filter and a narrow band transmission filter are installed in the front stage of the semiconductor photodetector, mixing of excitation light can be prevented and only fluorescence that contributes to laser oscillation can be detected. The absorption state of excitation light can be accurately measured.
[0126]
Further, according to the present invention, a plurality of semiconductor laser elements are divided into a plurality of groups, a power source for driving the semiconductor laser elements is individually provided for each group, and the power source is controlled according to a command from the host. It becomes possible to individually diagnose the deterioration state of the laser element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid-state laser device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a structure of an LD-pumped solid state laser apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a structure of an LD-pumped solid state laser device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows the characteristics of a filter that blocks the wavelength of excitation light.
FIG. 10 shows the characteristics of a filter that transmits only the wavelength of the emission line spectrum that is not used for laser oscillation.
FIG. 11 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram schematically showing the structure of an LD-pumped solid state laser device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing another structure of the LD-pumped solid-state laser device of the present invention, wherein FIGS. 13A to 13C show other structures of the optical waveguide medium, and FIG. FIG.
FIG. 14 is a diagram schematically showing another structure of an LD-pumped solid state laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a structure of a conventional LD-pumped solid-state laser device.
FIG. 16 is a diagram showing a structure of a conventional LD-pumped solid-state laser device.
[Explanation of symbols]
1 Laser rod
1a, 1b Laser rod end face
2 Semiconductor laser device
3 Condensing optical system
4 Excitation light
5 optical axes
6 Fluorescence
7 Photodetector
8 Mirror
8a Mirror end face
9 Laser light
10 Laser rod
10a, 10b Laser rod end face
15 Laser rod slab
15a, 15b Brewster cut surface
15c, 15d Total reflection end face
20a-20h, 21a-21h, 22a-22h Semiconductor laser element
25a-25d, 26a-26d DC power supply
30a-30h, 31a-31h, 32a-32h Optical system
40a-40h, 41a-41h, 42a-42h Excitation light
50 Laser optical axis
60, 60a, 60b, 61a, 61b, 62a, 62b Fluorescence
70, 70a-70d Semiconductor photodetector
71 reflection mirror
72, 72a to 72d, 73, 74, 94, 95 Optical waveguide medium
72a, 72c Low reflection coating end face
72b Total reflection end face
73a, 74a, 94a, 95a Fluorescent incident end face
75, 75a-75d Excitation light blocking filter
76, 76a-76d Narrow band transmission filter
80 Cavity mirror
80a Mirror end face
81 Cavity mirror
81a Mirror end face
90 Laser light
91a-91d interface
92 Control host device
93 Total reflection film
96 Parabolic mirror
97 Antireflective film
101 Laser rod
102-107 Excitation semiconductor laser device
117 power supply
120 Cavity mirror (total reflection)
121 Resonator mirror (partial reflection)
122-127 variable resistance
128 Folding mirror
129 condenser lens
130 CCD camera
131 Control circuit

Claims (24)

励起光を吸収し所定の波長の光を発生あるいは増幅する固体レーザ媒質と、前記励起光を発生しかつ発生した励起光を直接、あるいは光学素子を介して該レーザ媒質に導入する半導体レーザ光源とを少なくとも有する固体レーザ装置において、
該固体レーザ装置を構成するレーザ共振器内の前記固体レーザ媒質と該固体レーザ媒質端面に対向配置された出力ミラー又は共振器ミラーとの間の、該共振器内で発生するレーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に、該固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を検出する蛍光検出手段を備え、前記蛍光検出手段が、前記レーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に配設された光学的手段と、前記光学的手段に導かれた前記蛍光を検出する光検出器とからなり、
前記蛍光検出手段で検出された前記固体レーザ媒質から発生する蛍光の量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、前記半導体レーザ光源の劣化状況診断を行うことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
A solid-state laser medium that absorbs excitation light and generates or amplifies light of a predetermined wavelength; and a semiconductor laser light source that generates the excitation light and introduces the generated excitation light into the laser medium directly or via an optical element; In a solid-state laser device having at least
Light of laser oscillation light generated in the resonator between the solid-state laser medium in the laser resonator constituting the solid-state laser device and an output mirror or resonator mirror disposed opposite to the end face of the solid-state laser medium A fluorescence detection means for detecting the amount of fluorescence generated from the solid-state laser medium at a position near the axis and not blocking the optical axis, wherein the fluorescence detection means is located near the optical axis of the laser oscillation light and the optical axis An optical means disposed at a position not obstructed, and a photodetector for detecting the fluorescence guided to the optical means,
By comparing the amount with a predetermined value or previously measured values of fluorescence emitted from the solid-state laser medium that has been detected by the fluorescence detection means, and characterized by performing the diagnosis of the deterioration condition of the semiconductor laser light source Semiconductor laser pumped solid state laser device.
前記励起光が、前記レーザ発振光の光軸に対して略直交する方向から導入されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  2. The semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 1, wherein the excitation light is introduced from a direction substantially orthogonal to the optical axis of the laser oscillation light. 前記光学的手段が、該固体レーザ媒質から発せられた前記蛍光を反射させるミラーを含み、該ミラーに反射された前記蛍光が、空間伝搬して所定の位置に配設された前記光検出器に入射することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  The optical means includes a mirror that reflects the fluorescence emitted from the solid-state laser medium, and the fluorescence reflected by the mirror propagates in space to the photodetector disposed at a predetermined position. 3. The semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser excitation solid-state laser device is incident. 前記ミラーがパラボラ型形状に形成され、該ミラーに反射された前記蛍光が、空間伝搬して前記光検出器に集光することを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  4. The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 3, wherein the mirror is formed in a parabolic shape, and the fluorescence reflected by the mirror propagates in space and is condensed on the photodetector. 前記光学的手段が、前記蛍光の波長において透明な媒質を備え、該媒質の一端から入射した前記蛍光が、該媒質内部を伝播して他端に配設された前記光検出器に入射することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  The optical means includes a medium transparent at the wavelength of the fluorescence, and the fluorescence incident from one end of the medium propagates inside the medium and enters the photodetector disposed at the other end. The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1 or 2. 前記光学的手段が、前記レーザ発振光の光路の一部において光軸の周囲を取り囲むように形成され、前記光学的手段に設けた開口の端部から入射した前記蛍光が、外周側端部の所定の位置に配設された前記光検出器に導かれることを特徴とする請求項5記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  The optical means is formed so as to surround the periphery of the optical axis in a part of the optical path of the laser oscillation light, and the fluorescence incident from the end of the opening provided in the optical means is 6. The semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 5, wherein the semiconductor laser excitation solid-state laser device is guided to the photodetector arranged at a predetermined position. 前記光学的手段が、円板形状、多角形形状又は楕円形状をなすことを特徴とする請求項6記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  7. The semiconductor laser pumped solid state laser device according to claim 6, wherein the optical means has a disc shape, a polygonal shape or an elliptical shape. 前記楕円形状の第1の焦点に前記開口の中心が配置され、第2の焦点に前記光検出器が配置されていることを特徴とする請求項7記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  8. The semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 7, wherein the center of the aperture is disposed at the first focal point having the elliptical shape, and the photodetector is disposed at the second focal point. 前記光学的手段の外周のうち、前記光検出器近傍を除く領域に前記蛍光を反射する反射手段を備え、前記開口側端部から入射した前記蛍光が前記反射手段によって反射されて前記光検出器に導かれることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。Reflecting means for reflecting the fluorescence is provided in a region other than the vicinity of the photodetector in the outer periphery of the optical means, and the fluorescence incident on the opening side end is reflected by the reflecting means and the photodetector. the semiconductor-laser-pumped solid-state laser apparatus according to any one of claims 6 to 8 is possible, characterized in that led to. 前記光検出器が、前記光学的手段の外周全周にわたって複数配設され、該複数の光検出器の出力を比較することにより、前記レーザ光の軸対称性又は劣化した前記半導体レーザ光源の特定が行われることを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  A plurality of the photodetectors are arranged over the entire outer circumference of the optical means, and by comparing the outputs of the plurality of photodetectors, the axial symmetry of the laser beam or the identification of the degraded semiconductor laser light source is identified. 8. The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 6 or 7, wherein: 前記開口が、前記レーザ媒質の径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項6乃至10のいずれか一に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。  11. The semiconductor laser excitation laser device according to claim 6, wherein the opening is set smaller than a diameter of the laser medium. 前記透明な媒質が、ガラスを母材として形成されていることを特徴とする請求項5乃至11のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  12. The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 5, wherein the transparent medium is formed using glass as a base material. 前記透明な媒質が、前記励起光の波長の光を選択的に減衰させる材料、又は、レーザ発振に利用されない蛍光の輝線スペクトルの波長を選択的に透過する材料で形成されていることを特徴とする請求項5乃至12のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。  The transparent medium is formed of a material that selectively attenuates the light having the wavelength of the excitation light or a material that selectively transmits the wavelength of the fluorescence emission line spectrum that is not used for laser oscillation. The semiconductor laser excitation solid-state laser apparatus as described in any one of Claims 5 thru | or 12. 励起光を吸収し所定の波長の光を発生あるいは増幅する固体レーザ媒質と、前記励起光を発生しかつ発生した励起光を直接、あるいは光学素子を介して該レーザ媒質に導入する半導体レーザ光源と、該固体レーザ装置を構成するレーザ共振器内の前記固体レーザ媒質と該固体レーザ媒質端面に対向配置された出力ミラー又は共振器ミラーとの間の、該共振器内で発生するレーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に設けられた蛍光検出手段とを少なくとも有する固体レーザ装置の状態診断方法であって、
前記蛍光検出手段が、前記レーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に配設された光学的手段と、前記光学的手段に導かれた前記蛍光を検出する光検出器とからなり、 該固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を前記蛍光検出手段で検出し、前記蛍光の量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、前記半導体レーザ光源の劣化状況を診断することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
A solid-state laser medium that absorbs excitation light and generates or amplifies light of a predetermined wavelength; and a semiconductor laser light source that generates the excitation light and introduces the generated excitation light into the laser medium directly or via an optical element; Laser oscillation light generated in the resonator between the solid-state laser medium in the laser resonator constituting the solid-state laser device and an output mirror or resonator mirror disposed opposite to the end face of the solid-state laser medium. A method for diagnosing the state of a solid-state laser device having at least fluorescence detection means provided in the vicinity of the optical axis and at a position that does not block the optical axis,
The fluorescence detection means includes an optical means disposed in the vicinity of the optical axis of the laser oscillation light and at a position not blocking the optical axis, and a photodetector for detecting the fluorescence guided to the optical means. The amount of fluorescence generated from the solid-state laser medium is detected by the fluorescence detection means, and the deterioration state of the semiconductor laser light source is determined by comparing the amount of fluorescence with a predetermined value or a value measured in advance. A method for diagnosing a semiconductor laser-pumped solid-state laser device, characterized by diagnosing.
前記光学的手段が、該固体レーザ媒質から発せられた前記蛍光を反射させるミラーを含み、該ミラーで反射した前記蛍光を、空間伝搬させて所定の位置に配設した前記光検出器に入射させることを特徴とする請求項14記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  The optical means includes a mirror that reflects the fluorescence emitted from the solid-state laser medium, and the fluorescence reflected by the mirror is spatially propagated and incident on the photodetector disposed at a predetermined position. 15. The method for diagnosing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 14. 前記ミラーをパラボラ型形状に形成し、該ミラーで反射した前記蛍光を、空間伝搬させて前記光検出器に集光させることを特徴とする請求項15記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  16. The diagnostic method of a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 15, wherein the mirror is formed in a parabolic shape, and the fluorescence reflected by the mirror is spatially propagated and condensed on the photodetector. . 前記光学的手段が、前記蛍光の波長において透明な媒質を備え、該媒質の一端から入射した前記蛍光を、該媒質内部を伝播させて他端に配設した前記光検出器に入射させることを特徴とする請求項14記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  The optical means includes a transparent medium at the fluorescence wavelength, and causes the fluorescence incident from one end of the medium to propagate inside the medium and enter the photodetector disposed at the other end. 15. The method for diagnosing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 14. 前記光学的手段を、前記レーザ発振光の光路の一部において光軸の周囲を取り囲むように形成し、前記光学的手段に設けた開口の端部から入射した前記蛍光を、外周側端部の所定の位置に配設した前記光検出器に導くことを特徴とする請求項17記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  The optical means is formed so as to surround the periphery of the optical axis in a part of the optical path of the laser oscillation light, and the fluorescence incident from the end of the opening provided in the optical means is 18. The method for diagnosing a semiconductor laser-pumped solid-state laser device according to claim 17, wherein the method is led to the photodetector arranged at a predetermined position. 前記光学的手段が、円板形状、多角形形状又は楕円形状をなすことを特徴とする請求項18記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  19. The method for diagnosing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 18, wherein the optical means has a disc shape, a polygonal shape, or an elliptical shape. 前記楕円形状の第1の焦点に前記開口の中心を配置し、第2の焦点に前記光検出器を配置することを特徴とする請求項19記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  The diagnostic method of a semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 19, wherein the center of the opening is arranged at the first focal point of the elliptical shape, and the photodetector is arranged at the second focal point. 前記光学的手段の外周のうち、前記光検出器近傍を除く領域に前記蛍光を反射する反射手段を備え、前記開口側端部から入射した前記蛍光を前記反射手段によって反射して前記光検出器に導くことを特徴とする請求項18乃至20のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  Reflecting means for reflecting the fluorescence in a region other than the vicinity of the photodetector in the outer periphery of the optical means, and the fluorescence reflected by the reflecting means is reflected by the reflecting means. 21. The method for diagnosing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to any one of claims 18 to 20, wherein: 前記光検出器を、前記光学的手段の外周全周にわたって複数配設し、該複数の光検出器の出力を比較することにより、前記レーザ光の軸対称性又は劣化した前記半導体レーザ光源の特定を行うことを特徴とする請求項18又は19に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  A plurality of the photodetectors are arranged over the entire outer circumference of the optical means, and the output of the plurality of photodetectors is compared to identify the axial symmetry of the laser light or the deteriorated semiconductor laser light source. 20. The method for diagnosing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 18 or 19, wherein: 前記開口を、前記レーザ媒質の径よりも小さく設定し、広がり角の大きいレーザビームを前記媒質により抑制することにより、前記レーザ光の広がり角を制御することを特徴とする請求項18乃至22のいずれか一に記載の半導体レーザ励起レーザ装置の診断方法。  23. The spread angle of the laser beam is controlled by setting the opening smaller than the diameter of the laser medium and suppressing a laser beam having a large spread angle by the medium. The diagnostic method of the semiconductor laser excitation laser apparatus as described in any one. 前記透明な媒質が、前記励起光の波長の光を選択的に減衰させる材料、又は、レーザ発振に利用されない蛍光の輝線スペクトルの波長を選択的に透過する材料で形成されていることを特徴とする請求項17乃至23のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。  The transparent medium is formed of a material that selectively attenuates the light having the wavelength of the excitation light or a material that selectively transmits the wavelength of the fluorescence emission line spectrum that is not used for laser oscillation. The method for diagnosing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to any one of claims 17 to 23.
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